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钨极氩弧焊(TIG焊)已经成为当今一种重要的加工成型技术,具有设备成本低,操作简便等优点。传统的TIG焊焊接效率较低,为了加以改善,在钨极上增加冷却轴肩,增大了电流密度和电弧压力,从而增强电弧穿透能力,增加焊接效率。前期工作已经证实了冷却钨极会使阴极区收缩,改善电弧特性。本文采用更强的冷却方法(干冰冷却),进一步验证冷致收缩效应,并研究冷却程度对电极形态以及钨极尖端稀土原子分布的影响。本文主要工作如下:(1)采用三种冷却程度的TIG焊接(普通TIG焊接,水冷TIG焊接,干冰冷却TIG焊接),拍摄三种材料的钨极(镧钨,钇钨,钍钨)尖端高温阴极区(HTCR)的图像,并测量其动态尺寸,发现普通TIG焊接HTCR高度最大,水冷TIG焊接次之,干冰冷却TIG焊接最小。测量焊接电流200 A时,不同冷却条件下的电弧压力,发现干冰冷却TIG焊接电弧峰值压力最大,水冷TIG焊接次之,普通TIG焊接电弧峰值压力最小。说明增强钨极的冷却程度,使得阴极区向钨极尖端收缩,增大了电弧根部的电流密度,证实了阴极区的冷致收缩效应。(2)定义了钨极的烧蚀高度,普通TIG焊接钨极的烧蚀高度最大,水冷TIG焊接次之,干冰冷却TIG钨极的烧蚀高度最小。这说明了增强冷却程度,可以减轻钨极的烧蚀程度。根据钨极尖端的微观形貌和稀土原子的分布,可以将钨极尖端分为四个区域:严重烧蚀区(A区),表面平滑区(B区),rim聚集区(C区)和稀土原子富集区(D区),冷却程度对于rim的形貌没有明显的影响。对比不同冷却程度下稀土原子的分布情况发现,冷却程度更强时,钨极尖端表面稀土原子富集区的稀土原子更少,更多的稀土原子得以保留在钨极内部,从而延长了钨极的使用寿命。(3)开展了不同材料钨极的烧损实验,发现镧钨的烧损情况较轻,钇钨和钍钨烧损较严重。另外,电弧压力实验结果表明,钍钨的电弧峰值压力最大,放电性能最好。