⑴ 直流分量的产生及其危害

交流钨极氩弧焊通常用的是50Hz的工频交流电，电源电压每秒钟有100次经过零点，100次改变方向。因此，电极和母材的极性是在连续交替的变化过程中。

在交流电弧的情况下，由于电极和母材的电、热物理性能以及几何尺寸等方面存在着差异，造成在交流电两半周中的弧柱电导率、电场强度和电弧电压不对称，使电弧电流也不对称。在钨极是阴极的半周，因钨极能被加热到较高的温度，使其逸出功较低，有较强的是电子发射能力，则负半波（即钨极为负的半波）时的再引燃电压和电弧电压都较低，通电时间相对较长，电流值也较大。而正半波时（即钨极为正的半波），母材为负极。由于不能被加热到较高的温度，故发射电子能力很弱，再引燃电压和电弧电压都较高，通电时间也相对较短且电流较小。这样在钨极为负的半波回路电流大，母材为负的半波电流小，形成电弧的整流作用，在回路中有直流分量I_DC成份。

不难理解，如果母材与电极的电、热物理性质相差越大（如钨和铝），则直流分量越大。反之，母材与电极的电、热物理性质相差不大，两者散热能力的差异只是由于几何尺寸不同所引起的，则上述不对称情况就不显著，直流分量就小。

直流分量的方向与钨极为阴极的半周内的电流方向相同，由母材流向钨极，相当于在焊接回路中存在着一个正极性直流电源。

直流分量的存在，一方面减弱了阴极破碎作用，另一方面在焊接变压器的铁芯中相应地产生了一部分直流磁通。这部分直流磁通叠加在原来的交流磁通上，使铁芯在一个方向上可能达到磁饱和状态，从而导致变压器的激磁电流大大增加。这一方面使变压器的铁损和铜损增加，效率降低，温升提高；另一方面还会使焊接电流的波形严重畸变，降低功率因数。这些都会给电弧的稳定燃烧带来不利影响，为此有必要采取技术措施消除直流分量。

通常采取的消除直流分量的方法有三种。

第一种方法：在焊接回路中串接一蓄电池E（图1-1a）。蓄电池的负极接焊件，这样它在回路中产生的直流电流将同焊接时的直流分量的方向相反。假设二者完全相等，就会全部抵消直流分量。通常，蓄电池的电压选用6伏，容量为300～600安小时。实际生产中由于焊件厚薄、大小不一，焊接规范自然也不相同，因而所产生的直流分量也不相等。可是蓄电池的电势是不能随意调节的，而且使用时间越长，电势越低，因而不可能完全抵消各种焊接规范下的直流分量。另外，蓄电池体积大而且笨重，使用日久还得重新充电，很不方便，因此它不是一个理想方法。它在较老的交流氩弧焊机中曾采用过，现已日渐被淘汰。

第二种方法：在焊接回路中串联一个整流二极管（图1-1b）。二极管的正极应与焊件相接，二极管的旁边再并联一个电阻R。这样，当工件在正极性的半周内，由于二极管的反向阻挡作用，焊接电流不能通过二极管，而只能通过与之并联的电阻R构成回路。由于串联了电阻R，所以本半周内的电流必然比不加电阻时减少。反之，当工件在反极性的半周内，焊接电流却能顺利地通过二极管，其数值不会减少。这样，人为地造成两半周内电路阻抗的不对称，也就是能够减弱或完全消除原来存在的焊接电流的不对称，即能够减弱或消除直流分量。硅整流二极管的容量应根据焊机的最大焊接电流来选择，电阻R可使用0.02欧左右的电阻丝。

这种方法结构简单、元件少、体积小，消除直流分量的效果也较好，其缺点是电流流经电阻R时要白白消耗一部分能量。同时，一个固定阻值的电阻R也不能完全抵消各种焊接规范下形成的直流分量。

第三种方法：在焊接回路中串联电容（见图1-1c）。大家知道若电容器的容量选得足够大的话，交流电流就可以通过，而直流电流则无法通过。因此，电路中串联电容可以起到隔离直流分量的作用，这种方法的隔直作用彻底，而且电容上基本不消耗能量，所以目前在钨极交流氩弧焊机中普遍得到应用。

⑵直流钨极氩弧焊

直流钨极氩弧焊没有极性变化，电弧燃烧很稳定，当采用直流正接时，钨极是阴极，钨极的熔点高，在高温时，电子发射能力强，电弧燃烧稳定性更好。

a.直流反极性

在直流钨极氩弧焊中很少应用直流反极性，但它有去除氧化膜的作用，可成功地焊接铝、镁及合金铝镁及合金表面存在一层致密难熔的氧化膜（如Al₂O₃，它的熔点为2050℃，而纯铝的熔点为657℃）覆盖在熔池表面坡口边缘，如不及时清除，焊接时会造成未熔合，会使焊缝表面形成皱皮或内部产生气孔、夹渣，直接影响焊接质量。反极性时，被焊金属的表面氧化膜在电弧的作用下，可以被消除掉，而获得表面光亮、美观、无氧化膜、成形良好的焊缝。这是由于阴极斑点具有自动寻找氧化膜的性质所决定的，因为金属氧化膜的逸出功小，容易发射电子，所以在氧化膜上容易形成阴极斑点并产生电弧。这种作用的关键条件是：阴极斑点的能量密度很高和阴极斑点有质量很大的正离子的撞击。直流正接时，母材是阳极，阳极斑点就没有这种条件，所以母材上的氧化膜是无法去除掉的。

据资料介绍，铝合金阳极斑点的电流密度为200A/c㎡，而阴极斑点的电流密度为10⁶A/c㎡，阳极斑点的能量比阴极斑点小几百倍。同时，阴极斑点受到质量很大的正离子的撞击，而阳极斑点只受到质量很小的电子撞击，因此，阳极上的氧化膜是无法去除的。

但是，直流反接的热作用对焊接是不利的。因为，钨极氩弧焊时，对钨极来说，作为阳极产生的热量比作阴极时多。反极性时电子轰击阴极（钨极）、放出大量地热，很容易使钨极过热熔化。这时，假如要通过125A焊接电流，为不使钨极熔化，就需约6㎜直径的钨棒，由于在焊件上放出的热量不多，焊缝形状浅而宽，生产率低，而且只能焊接3㎜以下厚度的铝板。

b.直流正极性

钨极氩弧焊采用直流正极性时，有如下优点：①钨极上接受正离子轰击时放出的能量比较小，且由于钨极在发射电子时需要付出大量逸出功，总的来说，钨极上产生的热量比较少，因而不易过热，所以对于同一焊接电流，可以采用直径较小的钨棒。同样通过125A焊接电流，选用1.6㎜直径的钨棒就够了，而在直流反极性时需用6㎜直径的钨棒。②对于同样直径的钨棒，直流正极性可以使用更大电流，使焊缝变得深而窄，生产率高，工件的收缩应力和变形都小。③钨棒的高温发射电子能力很强，当采用小直径钨棒时，电流密度大，有利于电弧稳定燃烧。所以，电弧稳定性也比反极性的好。

总之，直流正极性的优点多。因此，除了焊接铝、镁及合金外，尽可能采用直流正极性。