鎢極氣體保護電弧焊（英語：Gas tungsten arc welding，簡稱GTAW焊），或稱鎢極惰性氣體保護焊（英語：tungsten inert gas welding，簡稱TIG焊），是一種以非熔化鎢電極進行焊接的電弧焊接法。進行GTAW焊時，焊接區以遮護氣體阻絕大氣污染（普遍使用氬等惰性氣體），並通常搭配使用焊料（填充金屬），但有些自熔焊縫可省略此步驟。焊接時，由傳導通過高度離子化的氣體（即等離子）和金屬蒸氣的電弧，作為恆流焊接電源，提供能量。
GTAW焊常用於焊接不鏽鋼和鋁、鎂、銅合金等非鐵金屬的薄板。相較於手工電弧焊和氣體保護金屬極電弧焊，它更易於控制焊接處，提高焊接品質。然而，GTAW焊較為複雜、難以精通，而且焊接速度明顯比其他焊接法緩慢。另一種類似於GTAW焊的焊接法：等離子弧焊，使用些微不同的焊炬，製造出更集中的焊接電弧，因此常被使用於自動化工藝
基本介紹
- 中文名：鎢極氣體保護電弧焊
- 外文名：Gas tungsten arc welding
發展,操作,安全,套用,
發展
在Humphry Davy發現1800年的短脈衝電弧和瓦西里彼得羅夫在1802年發現的連續電弧之後，弧焊發展緩慢。 CL Coffin的想法是在1890年在惰性氣體環境中焊接，但即使在20世紀初期，焊接有色金屬材料如鋁和鎂仍然很困難，因為這些金屬與空氣迅速反應並導致多孔，渣滓 - 填充焊縫。使用焊劑覆蓋電極的工藝不能令人滿意地保護焊接區域免受污染。為了解決這個問題，在20世紀30年代初使用了瓶裝惰性氣體。幾年後，航空工業中出現了一種用於焊接鎂的直流氣體保護焊接工藝。
諾斯羅普飛機公司的拉塞爾·梅雷迪思於1941年完善了這一過程。Meredith將過程命名為Heliarc，因為它使用鎢電極電弧和氦氣作為保護氣體，但它通常被稱為鎢惰性氣體保護焊（TIG）。美國焊接學會的官方術語是氣體保護鎢極電弧焊（GTAW）。林德空氣產品公司開發了各種風冷和水冷割炬，用於改善禁止的氣體透鏡，以及其他增加了工藝使用的附屬檔案。最初，電極快速過熱，儘管鎢的熔化溫度很高，但鎢顆粒仍會轉移到焊縫上。為了解決這個問題，電極的極性從正變為負，但這種變化使其不適合焊接許多有色金屬材料。最後，交流電單元的發展使得穩定電弧成為可能，並產生高質量的鋁和鎂焊接。
在接下來的幾十年中，發展仍在繼林德開發了水冷式割炬，有助於防止高電流焊接時過熱。在20世紀50年代，隨著這一過程不斷普及，一些用戶轉向使用二氧化碳作為更昂貴的焊接氣氛的替代品，這種焊接氣氛由氬氣和氦氣組成，但這證明不適合焊接鋁和鎂，因為它降低了焊接質量，因此今天很少與GTAW一起使用。使用含有氧化合物（如二氧化碳）的任何保護氣體會迅速污染鎢電極，使其不適合TIG工藝。1953年，開發了一種基於GTAW的新工藝，稱為等離子弧焊。通過使用噴嘴聚焦電弧，它可以提供更好的控制並提高焊接質量，但主要限於自動化系統，而GTAW主要是手動，手持方法。 GTAW進程中的發展也在繼續，今天存在許多變化。其中最受歡迎的是脈衝電流，手動編程，熱線，dabber和增加穿透GTAW方法。
操作
由於焊工需要協調，手工鎢極氬弧焊是一種相對困難的焊接方法。與焊炬焊接類似，GTAW通常需要兩隻手，因為大多數套用要求焊工用一隻手手動將填充金屬送入焊接區域，同時操縱另一隻焊槍。保持短弧長，同時防止電極和工件之間的接觸也很重要。
為了敲擊焊接電弧，高頻發生器（類似於特斯拉線圈）提供電火花。該火花是焊接電流通過保護氣體的導電路徑，允許電弧在電極和工件分離時啟動，通常間隔約1.5-3毫米（0.06-0.12英寸）。
一旦電弧被擊中，焊工就會將焊炬移動一個小圓圈以形成焊接池，焊接池的大小取決於電極的大小和電流量。在保持電極與工件之間保持恆定分離的同時，操作者稍微向後移動割炬並將其向後傾斜約10-15度。根據需要，手動將填充金屬添加到焊接熔池的前端。
焊工經常開發一種在向前移動焊槍（推進焊池）和添加填充金屬之間快速交替的技術。每次電極前進時，填料棒都從焊池中排出，但它始終保持在氣體保護罩內，以防止其表面氧化和焊接污染。由具有低熔化溫度的金屬（例如鋁）組成的填充棒要求操作者在保持在氣體罩內部的同時與電弧保持一定距離。如果保持太靠近電弧，則填充棒在與焊接熔池接觸之前可能會熔化。隨著焊縫接近完成，電弧電流通常逐漸減小，以使焊接坑凝固並防止焊縫末端形成火山口裂縫。
安全
焊工穿著防護服，包括輕薄皮手套和帶高領的保護性長袖襯衫，以避免暴露在強紫外線下。由於GTAW中沒有煙霧，電弧燈不會被粘焊或禁止金屬電弧焊中的煙霧和顆粒物質覆蓋，因此更加明亮，使操作者受到強烈的紫外線照射。焊接電弧具有與太陽光不同的紫外光波長範圍和強度，但焊機非常靠近光源，光強非常強。潛在的弧光損傷包括對眼睛或弧眼的意外閃光和類似強烈曬傷的皮膚損傷。操作員佩戴不透明頭盔，配以深色眼鏡和完整的頭部和頸部覆蓋，以防止紫外線照射。現代頭盔通常具有液晶型面板，該面板在暴露於撞擊弧的明亮光線時自我變暗。透明的焊接窗簾由聚氯乙烯塑膠薄膜製成，通常用於保護附近的工人和旁觀者免受電弧的紫外線照射。
焊工也經常暴露於危險氣體和顆粒物質。雖然該過程不會產生煙霧，但GTAW中的電弧亮度可以分解周圍的空氣，形成臭氧和一氧化氮。臭氧和一氧化氮與肺組織和水分發生反應，產生硝酸和臭氧燃燒。臭氧和一氧化氮含量適中，但必須監測暴露持續時間，反覆接觸，煙氣抽取的質量和數量，以及房間內的空氣變化。不安全工作的焊工可以收縮肺氣腫和肺水腫，這可能導致早逝。同樣，來自電弧的熱量會導致清潔和脫脂材料形成有毒煙霧。使用這些試劑的清潔操作不應在焊接現場附近進行，並且需要適當的通風來保護焊工。
套用
雖然航空航天工業是鎢極氣體保護焊的主要用戶之一，但該工藝還用於其他許多領域。許多行業使用GTAW焊接薄工件，尤其是有色金屬。它廣泛用於製造太空飛行器，並且還經常用於焊接小直徑薄壁管，例如腳踏車工業中使用的那些。此外，GTAW通常用於為各種尺寸的管道進行根部或首次焊接。在維護和修理工作中，該過程通常用於修復工具和模具，尤其是鋁和鎂製成的部件。由於焊縫金屬不像大多數開放式電弧焊接工藝那樣直接通過電弧傳輸，因此焊接工程師可以使用各種各樣的焊接填充金屬。實際上，沒有其他焊接工藝允許在如此多的產品配置中焊接如此多的合金。填充金屬合金，例如元素鋁和鉻，可以通過電弧從揮發中損失。 GTAW流程不會發生這種損失。由於所產生的焊縫具有與原始基體金屬相同的化學完整性或與基礎金屬更緊密地匹配，因此GTAW焊接在長時間內具有高度抗腐蝕和抗裂性，使得GTAW成為密封操作（如密封廢核）的首選焊接工藝埋葬前的燃料罐。
