双钨电极氩弧焊耦合电弧压力分析

钨电极氩弧焊是一种应用非常广泛的高品质焊接方法 。但是，该方法的一个显著的缺点就是热输入量小，熔敷效率低，焊接速度慢，成为制约其在高效焊接生产中应用的主要因素。而依靠提高电流来增大热输入以增加熔敷率的方法又会导致电弧压力的大幅度提高，容易出现咬边、熔穿等缺陷，应用起来很受限制。因此，在保留它原有优点的基础上，提高其焊接效率成为亟待解决的问题。

目前，有一些途径可以提高TIG焊接的熔敷率，例如活性化TIG焊和双面焊等。日本的焊接工作者近年提出了双钨极氩弧焊方法(T-TIG)， 并在大型厚壁的罐体焊接中取得了很好的焊接效果。该方法通过设置在同一焊枪中的两个相互独立的钨电极联合产生的耦合电弧进行焊接。该电弧能够在大电流下保持小的电弧压力，可以避免在增加熔敷率的同时，过大的电弧压力所导致的熔穿和咬边等缺陷出现。

双钨电极氩弧焊枪中设置两个相互绝缘并具有各自导电通道的钨电极，耦合电弧就是由这两个钨极产生的电弧耦合而成的。采用通用的静态小孔法对燃烧稳定的直流双钨极氩弧焊的电弧压力分布进行测量。

焊接电源采用直流氩弧焊电源，测压元件使用高分辨率的扩散硅压差传感器，其响应速度快，阳极采用水冷铜板，其上开有直径为0.5 mm的测量小孔，将作用于该点的电弧压力通过导管传至压差传感器，把压力值转换为电信号。

随着焊接电流的增加，耦合电弧对电弧压力的抑制作用越强烈，原因是电流的增加导致电流密度增大，使电弧压力整体上增大。同时根据电磁学原理，电流密度的增大会导致由两个钨电极产生的两个电弧之间的引力增大，它们之间吸引程度增强。因而，耦合电弧中心处的电流密度相对于两边的会更大，造成了电弧压力从“平台状”向“尖顶状”的变化 。而且，单弧的电流密度随着焊接电流的增加迅速增大；但对于耦合电弧，钨电极间距的存在使得电流密度增大的幅度没有单弧的大。随着电流的增加，这种差距就越明显。所以造成了电弧压力的相对降低。这个特性使耦合电弧可以承载比单弧大得多的电流而不会产生过大的电弧压力。在增加了TIG焊的熔敷率的同时，避免了过大电弧压力所造成的缺陷。

耦合电弧的压力随弧长的增加而增大，分布逐渐从“平台状”趋于“尖顶状”产生这种现象的原因是随着弧长的增加，两个钨极各自产生的电弧体末端的吸引程度增强，造成了耦合电弧中心处电流密度的增加。从而使此处电弧压力增大，造成了分布趋向“尖顶状”。同时中心处电流的增大，使得偏离中心区域的电流密度减小，此处的电弧压力也就随之减小了 。

在不同的钨极间距下，随着间距的减小，耦合电弧压力的峰值逐渐变大，压力分布逐渐由“平台状”向“尖顶状”过渡。这是因为，间距的减小使两个钨电极各自产生的电弧吸引程度增强，造成了耦合电弧的中心处的电流密度增大，导致了中心处压力峰值的绝对增大。同时，这种变化也使电弧偏离中心区域的电流密度相对减小，从而引起了压力分布形态的。

钨电极形状的改变会对电弧压力的分布产生影响，使用偏钨极时电弧压力分布较使用普通钨极集中，压力在峰值区增大，在偏离中心处减小。由此可以推断，偏钨电极对电弧电流的导向作用使得耦合电弧中心处的电流密度增大，而其它部分的电流密度减小，造成了电弧压力分布的改变。