氩弧焊（TIG / GTAW）
氩弧焊用不熔化的钨极与工件间的电弧作热源、氩气隔绝空气，焊缝纯净、薄板可控；核心是极性选择（直流/交流）、钨极端部与弧长、气体保护三件事。
是什么
氩弧焊的学名是钨极惰性气体保护焊：TIG（Tungsten Inert Gas），也写作 GTAW（Gas Tungsten Arc Welding），ISO 4063 代号 141。
它的结构可以用一句话说清：钨极只负责"点火"和导电，不熔化；填充丝另送（也可以不送）；氩气把熔池罩住不让空气进来。
- 钨极熔点约 3410℃，远高于钢和铝，焊接时基本不消耗（只有微量烧损）；
- 电弧在钨极端部与工件之间燃烧，热量集中、可控；
- 氩气是惰性气体，不参与冶金反应，只做"隔离罩"；
- 填充丝独立送入，所以可以不加丝自熔（薄板对接、封口常用）。
在电子和精密制造里，氩弧焊的价值不在效率，而在干净、可控、能焊薄：热输入可以调得很低，焊缝无渣、成形美观，能单面焊双面成形，适合不锈钢机箱/支架、传感器外壳、薄壁管、母排端子这类零件。缺点是熔敷率低、速度慢、对操作者手法依赖大，厚板量产不划算。
原理（重点）
1. 电弧怎么产生，热从哪里来
钨极接电源一极，工件接另一极。引弧方式有三种：
- 高频引弧：高频高压击穿钨极与工件间的空气隙，先建立电弧，钨极不接触工件；
- 接触引弧：钨极轻碰工件后提起，简单但容易粘钨、污染焊缝；
- 提升引弧：钨极接触后靠机械/电磁提升，专用于精密件，避免高频干扰。
电弧把电能转成热，弧柱中心温度可达 10000℃ 以上，远高于钢（约 1500℃）和铝（660℃）的熔点。热量主要来自：
- 阳极斑点（电子轰击阳极）产生的热；
- 阴极斑点（离子轰击阴极）产生的热；
- 弧柱等离子体的辐射与对流热。
热量在钨极和工件之间不是平均分配的，分配比例由极性决定——这就是下面这张表的关键。
2. 极性决定热量分配（最容易搞错的地方）
| 极性 | 接法 | 热量分布 | 熔深 | 钨极承受 | 适用材料 |
|---|---|---|---|---|---|
| DCEN 直流正接 | 钨极接负，工件接正 | 约 2/3 热量给工件 | 深 | 好，可大电流 | 碳钢、不锈钢、钛、铜、镍合金 |
| DCEP 直流反接 | 钨极接正，工件接负 | 大量热集中在钨极 | 浅 | 差，钨极易烧 | 很少单独使用；主要利用其"阴极清理"作用 |
| AC 交流 | 正反半周交替 | 一半熔深、一半清理 | 中等 | 中等 | 铝、镁（必须） |
阴极清理（cathodic cleaning / 阴极破碎）：反极性半周时，电子从工件表面逸出，会把铝、镁表面高熔点的氧化膜（Al₂O₃ 熔点约 2050℃，而铝只有 660℃）打碎、剥离，让熔化的焊料能接触到干净金属。所以焊铝必须用交流氩弧焊：正半周负责熔深，反半周负责清理氧化膜。
现代方波交流焊机还能单独调节正/反半周的比例（如 70/30）和交流频率：反半周比例高→清理强、熔深浅；频率高→电弧更集中、适合薄板。
3. 氩气保护
- 氩气是惰性气体，密度比空气大，从喷嘴出来呈层流覆盖熔池，把 O₂、N₂、H₂O 排开；
- 保护不好，空气侵入 → 气孔、氧化、焊缝发黑；
- 氩气纯度一般要求 ≥99.99%，不纯同样会出气孔；
- 流量不是越大越好：太小保护不足，太大形成湍流反而卷进空气。手工 TIG 常用 8～12 L/min；
- 钛、锆等活性金属，喷嘴保护还不够，要加拖罩（trailing shield）跟随焊缝，背面还要充氩；
- 户外作业要挡风，风一吹层流就散了。
4. 熔池与冶金
- 惰性保护 + 无渣 → 焊缝成分接近母材，合金元素烧损少，这是 TIG 焊缝"最干净"的根本原因；
- 不锈钢：控制热输入和层间温度，防止晶间腐蚀（贫铬）；重要焊缝背面充氩防氧化；
- 铝：氧化膜必须靠阴极清理 + 焊前机械/化学清洗双管齐下；
- 钛：600℃ 以上会吸氧、氮、氢，必须从熔池到冷却全程保护，否则焊缝发紫、发蓝、变脆；
- 铜：导热太快，需要预热和大电流，否则熔不透。
5. 热输入
热输入决定冷却速度和热影响区，计算公式（与《Welding Processes Handbook》一致）：
Q = η × U × I × 60 / (1000 × v)
Q：热输入（kJ/mm）
U：电弧电压（V）
I：焊接电流（A）
v：焊接速度（mm/min）
η：热效率，TIG 约 0.80
同样电流下，走得更快 → 热输入更小 → 变形和 HAZ 更小，但熔深也会变浅。调参数本质上是在这三者之间找平衡。
设备与耗材
| 部分 | 说明 |
|---|---|
| 焊接电源 | 直流 / 交流 / 脉冲，恒流外特性；焊铝必须用交流方波；精密件用脉冲 |
| 钨极 | 铈钨（EWCe-2）、镧钨（EWLa-1.5）已基本替代有放射性的钍钨；直径 1.0～3.2 mm |
| 钨极端部 | 直流磨成 30～90° 尖锥（常用 60°）；交流焊铝可让端部自然球化 |
| 焊枪 | 气冷（小电流）/ 水冷（大电流）；配陶瓷喷嘴，喷嘴直径按接头选 |
| 保护气体 | 氩气 99.99%；厚板/高导热材料可用氦气或 Ar+He 混合气 |
| 填充丝 | 与母材匹配：ER308L/ER316L（不锈钢）、ER4043/ER5356（铝）、ERTi-2（钛） |
| 辅助 | 自动变光面罩、气体流量计、脚踏或遥控器、专用不锈钢刷 |
钨极端部角度和磨削方向很讲究：纵向磨（沿钨极轴线）比横向磨电弧更稳；磨削面有同心纹会造成弧偏。钨极一旦被污染（碰熔池、碰填充丝），必须重新磨。
关键参数（参考量级）
| 参数 | 典型值 | 影响 |
|---|---|---|
| 焊接电流 | 0.5～1 mm 薄板：20～60 A；1～2 mm：60～120 A；3 mm 以上：120～200 A | 熔深、熔宽 |
| 电弧电压 | 10～16 V（由弧长决定） | 弧长、保护效果 |
| 弧长 | 1～3 mm（精密件 1～1.5 mm） | 太长保护差、熔深浅；太短易粘钨 |
| 焊接速度 | 手工 5～20 cm/min | 热输入、生产率 |
| 氩气流量 | 8～12 L/min | 保护范围 |
| 钨极直径 | 1.0 / 1.6 / 2.4 / 3.2 mm | 对应约 50～300 A 载流 |
| 填充丝直径 | 1.0～2.4 mm，一般约为板厚的一半 | 送丝量、熔敷 |
| 热输入 | 按上式计算，薄板常控制在 0.5 kJ/mm 以下 | 变形、HAZ、脆化 |
以上只是量级参考，实际必须以产品 WPS（焊接工艺规程） 为准；不同母材、板厚、接头形式的窗口差别很大。
操作要领
- 焊前清理：不锈钢用丙酮/酒精去油；铝用专用不锈钢刷 + 碱洗/酸洗，刷子不能与碳钢混用（防铁污染）。
- 引弧：优先高频引弧或提升引弧，不要用钨极划擦工件。
- 控弧长：保持 1～2 mm，靠声音和熔池亮度判断；弧长一高，保护就差。
- 送丝：填充丝从熔池前沿滴入，不要送进弧柱里；送丝节奏与电流脉冲配合（一脉一滴最理想）。
- 收弧：电流衰减 + 补几滴丝填满弧坑，防止弧坑裂纹和缩孔。
- 保护延时：停弧后氩气延时 3～10 s，让红热焊缝在保护下冷却。
- 防夹钨：钨极碰到熔池或填充丝会"夹钨"，形成硬点/射线缺陷；一旦发生必须停焊、磨掉缺陷重焊。
- 控制层间温度：不锈钢多层焊要等层间降到规定温度再焊下一道。
质量要点与常见不良
| 不良 | 现象 | 根因 | 对策 |
|---|---|---|---|
| 气孔 | 焊缝内气孔、密集针孔 | 保护不足、氩气不纯、油污水分、流量不对、风大 | 查流量/换气/清理/挡风 |
| 氧化变色 | 焊缝发黑、发蓝、起皮 | 保护差、保护延时短、钛未加拖罩 | 加拖罩、背面充氩、延长延时 |
| 夹钨 | 焊缝内钨颗粒、亮点 | 钨极碰熔池/填充丝、电流过大 | 重新磨钨极、降电流、清缺陷重焊 |
| 未熔合 / 未焊透 | 根部或侧壁没熔上 | 电流小、速度快、坡口不洁、弧长太长 | 提电流、降速、清坡口、压弧长 |
| 咬边 | 母材边缘被咬出凹槽 | 电流大、运条角度不对、送丝不足 | 降电流、补丝、调角度 |
| 弧坑裂纹 | 收弧处开裂 | 收弧未填满、热裂敏感材料 | 电流衰减 + 填弧坑 |
| 变形 / 翘曲 | 焊后板件弯曲 | 热输入大、无夹具、焊接顺序不当 | 降热输入、夹具、分段退焊 |
| 焊缝发脆（钛） | 颜色发紫发蓝、塑性下降 | 高温吸氧氮氢 | 全程保护、拖罩 + 背面充氩 |
与其他弧焊方法对比
| 项目 | 焊条电弧焊 MMA | MIG/MAG | TIG / 氩弧焊 |
|---|---|---|---|
| 电极 | 消耗式焊条 | 消耗式焊丝 | 不熔化钨极 |
| 填充金属 | 焊条芯 | 焊丝（自动送） | 独立填充丝（可不加） |
| 保护 | 药皮造气造渣 | 气体（惰性/活性） | 惰性气体（氩/氦） |
| 熔敷效率 | 低 | 高 | 低 |
| 薄板能力 | 差 | 好 | 最好 |
| 焊缝纯净度 | 一般（有渣） | 好 | 最好（无渣） |
| 操作难度 | 中 | 较低 | 高 |
| 设备成本 | 低 | 中 | 高 |
| 典型场景 | 结构件、维修 | 碳钢/铝量产 | 精密件、薄板、不锈钢/铝/钛 |
安全要点
- 弧光：TIG 紫外线比焊条电弧焊更强，必须用自动变光面罩，周围设挡光屏，防"电光性眼炎"；
- 臭氧 / 氮氧化物：TIG 在氩气中产生的臭氧较多，要有排风或呼吸保护；
- 高频引弧干扰：可能干扰精密电子设备、心脏起搏器；焊机必须可靠接地，精密装配区尽量用提升引弧；
- 氩气窒息：氩气比空气重，会在地坑、密闭舱、低洼处积聚，造成缺氧；密闭空间作业必须通风 + 气体检测；
- 触电：焊机接地、电缆绝缘、干燥作业；
- 烫伤 / 火灾：焊枪、工件、焊丝都可能是高温；执行动火许可，远离易燃物。
电子制造中的典型用法
- 不锈钢机箱、支架、导轨：薄板 TIG 自熔或加丝，焊缝美观、后续可打磨拉丝；
- 传感器外壳、热电偶套管、波纹管：小电流脉冲 TIG，热影响小、密封性好；
- 母排 / 端子 / 接地排：铜排 TIG 需预热，或改用电阻焊/激光焊；
- 精密零件：脉冲 TIG 可低至 10～30 A，焊 0.3 mm 薄片；
- 不适合 TIG 的场景：电池极耳（热影响大，优先超声波/激光）、已装元件的 PCBA（整体过热）、厚板量产（效率太低）。