鋁合金MIG焊的氣孔問題研究

摘要：鋁合金在MIG焊時(shí)很容易產(chǎn)生氣孔，需要采取相應(yīng)的解決措施。為此，選用先進(jìn)的焊接設(shè)備，焊前對母材及焊材的清潔度、保護(hù)氣體的純度進(jìn)行嚴(yán)格控制，并配以合理的焊接工藝參數(shù)，可使氣孔得到有效地控制。

關(guān)鍵詞：鋁合金；MIG焊；氣孔；焊縫質(zhì)量

中圖分類號：TG441.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-8937（2014）15-0094-01

鋁合金由于比重小、比強(qiáng)度高、無磁性、以及良好的加工性能、耐腐蝕性能和導(dǎo)電熱性能，被廣泛應(yīng)用于各種焊接結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品中。因此，特別適用于航空航天器、船舶、車輛等運(yùn)載工具以及對快速機(jī)動(dòng)能力有高要求的兵工裝備。鋁合金適最用于TIG焊和MIG焊，而MIG焊相比TIG焊，焊接效率高，因而得到更廣泛的應(yīng)用。但是，MIG焊時(shí)最容易產(chǎn)生氣孔，氣孔的存在會(huì)影響焊接接頭的性能，因此，解決合金焊接時(shí)產(chǎn)生的氣孔問題，是焊接質(zhì)量控制的首要任務(wù)。

1MIG焊接設(shè)備、焊接工藝的發(fā)展與應(yīng)用

近年來，全球的焊接技術(shù)發(fā)展非?？?。焊接設(shè)備已從機(jī)械控制進(jìn)入了電子控制時(shí)代。在過去的幾十年里，焊接設(shè)備的功率器件由磁放大器向晶閘管、晶體管和IGBT等方向發(fā)展。晶體管逆變式控制的脈沖MIG焊機(jī)，成為目前鋁合金焊接的發(fā)展趨勢。焊接工藝多采用自動(dòng)或半自動(dòng)方式焊接。如鋁合金儲(chǔ)液罐及換熱器的焊接一般實(shí)現(xiàn)了半自動(dòng)焊及全自動(dòng)焊。焊接設(shè)備多采用晶體管道逆變控制式脈沖氬弧焊機(jī)（DIGITAL PULSE）、全密封式的焊臺(tái)結(jié)合PLC系統(tǒng)，有效地控制工件運(yùn)轉(zhuǎn)節(jié)率，采用純氬保護(hù)進(jìn)行焊接，為半自動(dòng)MIG焊提供技術(shù)保障，較大程度地減少了人和環(huán)境對焊縫質(zhì)量的影響。工藝上采用高速和大電流規(guī)范進(jìn)行施焊，使用這樣的設(shè)備及焊接工藝施焊時(shí)產(chǎn)生的氣孔和飛濺現(xiàn)象非常少。

2鋁合金焊縫中形成氣孔的機(jī)理

2.1鋁合金焊接時(shí)產(chǎn)生氣孔的來源

鋁合金焊接時(shí)極易氣孔，而氫是鋁及鋁合金熔焊時(shí)產(chǎn)生氣孔的主要原因，鋁合金焊接中少量的氫污染都能引起嚴(yán)重的氣孔。

鋁合金焊縫中氫的來源，主要有以下幾個(gè)方面：①母材和焊材的表面的油污、水分及其他有機(jī)物等在焊接電弧的高溫下分解產(chǎn)生的氫；②母材和焊材中固溶的氫；③保護(hù)氣體純度不夠，氣體中含水；④在電弧氣氛中侵入了空氣中的水分。

2.2焊接設(shè)備對氣孔產(chǎn)生的影響

晶體管道逆變控制式脈沖MIG焊機(jī)，其晶體管控制MIG焊電源輸出波形為方波脈沖，可實(shí)現(xiàn)與脈沖電流同步的1滴/1脈沖熔滴過渡。即使焊接電流發(fā)生變化，在1次脈沖里過渡的熔滴大小仍基本相同。且從小電流到大電流整個(gè)較大的范圍內(nèi)都可進(jìn)行穩(wěn)定的熔滴過渡（焊接），基本無飛濺和煙霧少，氣孔也顯著降低。而晶閘管控制的焊機(jī)未能達(dá)到該效果。目前，又出現(xiàn)一種DPMIG新技術(shù)焊機(jī)，它具有一個(gè)脈沖過渡一個(gè)熔滴的特點(diǎn)，同時(shí)對熔池起到攪拌的作用，使得氣熔池內(nèi)部氣體有足夠的時(shí)間逸出，從而得到低氣孔率焊接熔池。

2.3焊接接頭位置對焊縫中氣孔的影響因素

焊接結(jié)構(gòu)的多樣化，決定了焊接接頭位置的多樣性，焊接接頭位置不同，決定了殘留在晶體中細(xì)小、孤立氣泡的逃逸量。平焊時(shí)，不論焊槍移動(dòng)還是工件移動(dòng)，對于焊縫中氣孔的逸出最為有利。下坡焊時(shí)，焊接熔池金屬可能流到焊絲的前面，對母材產(chǎn)生預(yù)熱作用，而削弱了清理作用和保護(hù)效果，而上坡焊的效果正好與下坡焊相反。鋁材的下坡焊很容易產(chǎn)生缺陷，影響焊縫質(zhì)量，一般不推薦使用。

2.4保護(hù)氣體對鋁合金焊縫中氣孔的影響

氬氣和氦氣是鋁合金氣體保護(hù)焊最常用的兩種保護(hù)氣體，它們均屬于惰性氣體，但兩者的熱物理特性具有很大差異，從而決定了其電弧特性亦明顯不同。氬氣的密度比空氣大，而熱導(dǎo)率比較小，因此氬弧燃燒非常穩(wěn)定，熔滴易呈穩(wěn)定的軸向射流過渡，保護(hù)效果好。但氬弧電弧電壓和能量密度較低，射流過渡時(shí)易得到指狀熔深。氦氣的密度比空氣小，導(dǎo)熱率比氬氣高，易獲得較高的電弧電壓，從而增大了焊縫熔深。

實(shí)踐證明，采用純度為99.99%的純氬氣可以獲得較好的焊縫質(zhì)量。對于導(dǎo)熱性較好的鋁合金，采用混合氣保護(hù)，以較快的焊接速度焊接時(shí)，其冷卻速度也較快，大量分布于細(xì)小的枝晶組織間的氣泡不能像晶體生長得那么快，也不能產(chǎn)生足夠的浮力逸出熔池，這樣孤立的氣泡就陷于晶體中作為細(xì)小的氣孔保留于焊縫中。而采用純氬氣保護(hù)焊接時(shí)，焊縫金屬的冷卻速度相對較慢，有利于氣泡的長大和逸出，而獲得焊縫較好的內(nèi)部質(zhì)量。例如純氬條件下的薄壁鋁合金罐體（壁厚2.0 mm，直徑Φ30~60 mm）獲得的焊縫質(zhì)量，其耐爆破強(qiáng)度性能指數(shù)在15 MPa以上，壓力循環(huán)試驗(yàn)性能指數(shù)在15萬次以上（試驗(yàn)壓力1~35 bar，試驗(yàn)頻率1 Hz）。

2.5其它因素對鋁合金焊縫中氣孔的影響

作為熔化極的鋁焊絲表面摩擦系數(shù)較大，因此，應(yīng)該盡可能的選擇高耐磨和摩擦系數(shù)低的材料作送絲軟管，且彎曲的送絲管對焊接效果有很大影響，如將鋁焊絲沿著彎曲的送絲管送出，很容易引起電弧不穩(wěn)、焊嘴被堵等多種故障，從而無法獲得優(yōu)質(zhì)的內(nèi)部焊縫。

MIG焊接過程中，粘在噴嘴內(nèi)壁上少量的飛濺應(yīng)及時(shí)去除，以免掉在焊縫中產(chǎn)生夾渣和氣孔。對焊接規(guī)范、氬氣流量、導(dǎo)電嘴的使用壽命等進(jìn)行合理的控制，也可有效的減少鋁合金焊縫中氣孔。

3焊接工藝參數(shù)的控制

焊接工藝參數(shù)控制不當(dāng)往往會(huì)是焊接質(zhì)量明顯下降。焊接工藝參數(shù)主要包括焊接電流、焊接電壓和焊接速度三個(gè)因素，焊接電流是焊縫熔深和焊縫厚度主要影響因素，焊接電流大，焊縫熔深大，焊縫厚度大，焊接效率高，但是電流過大，容易產(chǎn)生咬邊、焊穿等缺陷，焊縫厚度大即熔池深，焊接時(shí)氣體逸出時(shí)間變長，也容易產(chǎn)生氣孔。焊接電壓是影響焊縫熔寬的主要因素，并隨著電流增大也相應(yīng)增大，否則電弧會(huì)不穩(wěn)定，但電壓不宜過大，電壓過大，電弧變長，保護(hù)氣體效果變差，容易被空氣侵入而產(chǎn)生氣孔；焊接電壓過小，焊接電弧不穩(wěn)定，焊縫寬度太小，焊縫成型不好。焊接速度是影響焊縫成型的重要因素，焊接速度太小，焊縫厚度高，焊縫寬度小，焊縫中心會(huì)凸起，成型不好，還容易焊穿；焊接速度過大，容易產(chǎn)生咬邊，焊縫冷卻過快，保護(hù)氣體保護(hù)效果變差，而且熔池還沒冷卻下來，空氣已經(jīng)侵入，焊縫容易被氧化和產(chǎn)生氣孔。

因而，在實(shí)踐過程中要掌握好焊接工藝參數(shù)，并熟練地操作，焊接過程中才能控制好焊縫成型和不產(chǎn)生焊接氣孔。

4結(jié)語

①選擇先進(jìn)的焊接設(shè)備，并在焊前去除對母材和焊材表面對焊接質(zhì)量產(chǎn)生影響的油污、水分及其他雜物，再配以合理的焊接工藝參數(shù)，可有效地控制鋁合金MIG焊時(shí)氣孔的產(chǎn)生。

②晶體管逆變式控制的脈沖MIG焊機(jī)的應(yīng)用及半自動(dòng)MIG焊接方式的選擇，可有效地控制人及周邊環(huán)境等外界因素對焊縫質(zhì)量的影響，很大程度上降低了焊工的作業(yè)強(qiáng)度，有利于焊接質(zhì)量的穩(wěn)定提高。

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