交流TIG焊接中直流分量的產生與消除

在生產實務中，焊接鋁、鎂及其合金時一般採用交流電，這樣在交流電焊接過程中，當工件為陰極時，可以去除氧化膜，從而可以去除工件上形成的氧化膜。鎢極作為陰極時，可以使鎢電極冷卻，同時可以發射出足夠的電子，有利於電弧的穩定，這樣既可以兼顧，又可以焊接。

然而，使用交流電源時，也會出現以下問題：一是會產生直流分量，這是有害的；其次，交流電源每秒鐘過零點100次，必須採取穩弧措施。

以下主要介紹直流分量的產生與消除。

在交流電弧情況下，由於電極和母材的電熱物理性能和幾何尺寸的差異，交流電流兩個半週期內的弧柱電導率、電場強度和電弧電壓為不對稱，使得電弧電流也不對稱。鎢極陰極半週期內，弧柱導電率高，電場強度小，電弧電壓低，電流大；在母材為陰極的半個週期中，情況正好相反，電弧電壓高，電流小。由於兩個半週期電流的不對稱性，交流電弧的電流可以看作是由兩個部分組成，一部分是交流電流，一部分是疊加在交流部分上的直流電流，後者是直流分量。交流電弧中產生直流分量的現象稱為交流鎢極氬弧焊的整流效應。這種整流效應不僅存在於鋁的交流TIG焊接過程中，而且當兩種電極材料的物理性能有較大差異時也會發生。用交流電焊接銅、鎂等合金時也存在這個問題。即使採用相同材料進行交流焊接時，由於電極和工件幾何形狀以及散熱條件的差異，也會存在直流分量，但數值很小，不影響設備的正常工作。

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如果母材和電極的電學和熱物理性質不同，則上述不對稱性會更嚴重，直流分量會更大。相反，母材和電極的電學和熱物理性能相差不大，兩者散熱的差異只是幾何尺寸不同造成的，整流效果並不明顯。例如，在MIG焊接中，焊絲和工件通常由相同材料製成，因此上述不對稱性並不明顯，微小的直流分量可以忽略不計。

直流分量的方向與鎢極陰極半週內的電流方向相同，從母材流向鎢極，相當於焊接時電路中的正直流電源。由於直流分量的存在，首先會削弱陰極對氧化膜的去除作用，其次會在焊接變壓器的鐵芯中產生一部分直流磁通，這部分磁通直流磁通會疊加在原來的交變磁通上，使得鐵芯可能在一個方向達到磁飽和，導致變壓器勵磁電流大幅增加。這樣，一方面會使變壓器的鐵損、銅損增大，效率下降，溫度升高；另一方面，焊接電流波形會嚴重畸變，功率因數降低。這些都會對電弧的穩定燃燒產生不利影響。