鋁合金TIG焊氣孔缺陷的類型和產(chǎn)生原因分析

李曉波+提學(xué)超

摘 要：氣孔是鋁合金TIG焊工藝中常見缺陷，本文結(jié)合焊接實(shí)踐，對(duì)氣孔缺陷形成原因進(jìn)行了深入分析，并總結(jié)出了其產(chǎn)生的規(guī)律，為采取何種工藝措施，避免氣孔的產(chǎn)生，積累一定的技術(shù)資料。

關(guān)鍵詞：鋁合金，TIG焊接，氣孔缺陷

0引言：鋁合金由于比重輕，強(qiáng)度高，可焊性好以及良好的加工成型性能、耐腐蝕性能，被廣泛用于各種結(jié)構(gòu)焊接，但焊接過(guò)程中，氣孔是最常見的焊接缺陷，氣孔的出現(xiàn)不僅影響焊縫質(zhì)量，而且還會(huì)降低接頭的承載能力，使焊縫的塑性，沖擊強(qiáng)度降低更多，以致于焊縫致密性遭破壞，因此了解氣孔類型，產(chǎn)生的條件，掌握防止氣孔產(chǎn)生措施，是獲得高質(zhì)量焊縫的重要條件。

1.氣孔的特征和類型

氣孔是焊接時(shí)熔池中的氣泡在凝固時(shí)未能逸出而殘留在焊縫金屬中所形成的容穴，是鋁合金TIG焊接中主要焊接缺陷。

（1） 根據(jù)其分布特點(diǎn)和形貌特征，可分為集中焊縫中部和根部的密集氣孔、鄰近焊縫表層的皮下氣孔、以及存在于熔合區(qū)邊界的氧化膜氣孔；有球形、橢圓形、條蟲形等。

（2） 局部密集氣孔：熔池結(jié)晶時(shí)，氫的脫溶析出可能聚集在晶枝間大量存在的微小孔穴，形成密集的微小氣孔，熔池完全結(jié)晶時(shí)，氣泡未能上浮逸出，形成局部密集氣孔。

（3） 皮下氣孔：焊縫結(jié)晶過(guò)程中，當(dāng)液態(tài)鋁從高溫冷卻接近凝固點(diǎn)時(shí)，液態(tài)鋁中的氫由于溶解度下降而脫溶形成氣泡，在氫氣泡上浮過(guò)程中，上浮速度低于熔池冷卻速度，已上浮至熔池表面附近的氫氣泡來(lái)不及逸出而殘留在焊縫表層，從而形成皮下氣孔。

（4） 氧化膜氣孔：在熔合區(qū)的邊界處，由于母材坡口附近的氧化膜未能熔化，氧化膜有很強(qiáng)的吸水性，氧化膜在電弧高溫作用下分解析出氫，并在氧化膜上形成氣泡，熔池結(jié)晶后形成氣孔，多數(shù)呈圓形或橢圓形，分布不均。

2.鋁合金焊縫氣孔產(chǎn)生原因分析

焊縫中的氣孔主要有氫氣孔、氮?dú)饪住O氣孔。由于氮不熔入液態(tài)鋁，鋁也不含碳，故鋁及鋁合金焊接焊縫中的氣孔主要是由氫引起的，氫是產(chǎn)生氣孔的根源。

（1） 氫的影響：焊接區(qū)的氫來(lái)自于諸多方面，零件及焊絲表面的油脂、水分、銹蝕，保護(hù)氣體含有水分以及鋼材冶煉時(shí)殘留的氫等。在電弧高溫作用下，不斷地向液體熔池內(nèi)部擴(kuò)散和溶解。因?yàn)闅湓诟邷叵碌匿X液中溶解度較大，當(dāng)溫度急劇下降時(shí)，溶解度也會(huì)降低。

（2） 操作不當(dāng)：如焊槍離試件距離過(guò)高，焊槍角度和操作方法不正確，空氣中有害氣體卷入電弧中，使電弧中氫含量增加，導(dǎo)致不能形成良好氣體保護(hù)，焊縫形成氣孔可能性增大。

（3） 焊接電流的影響：選用的電流值比合適的電流值小時(shí)，電弧空間沒(méi)有足夠能量。熔滴的沖擊力不能使坡口、鈍邊外的氧化膜較完全的被擊碎，氧化膜吸附的結(jié)晶水與液態(tài)鋁發(fā)生作用產(chǎn)生氫，使液態(tài)金屬中的氫的濃度增加，熔池結(jié)晶后形成氣孔。當(dāng)焊接電流超過(guò)一定限值時(shí)，焊接過(guò)程穩(wěn)定性變差，易產(chǎn)生飛濺和氣孔。

（4） 保護(hù)氣體的影響： 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，均屬惰性氣體，兩者的熱物理特性具有很大的差異，其電弧的特性、熔滴過(guò)渡的形式以及焊接熔池的特性明顯不同。氬弧電弧電壓和能量密度較低，射流過(guò)渡時(shí)易得到“指狀”熔深，熔池形狀為“指狀”時(shí)凝固速度快，氣體跑不出來(lái)產(chǎn)生氣孔。

（5） 噴嘴直徑的影響：噴嘴直徑過(guò)大，氬氣保護(hù)區(qū)域增大，但阻擋操作視線，限制操作位置。直徑過(guò)小，氬氣保護(hù)區(qū)域小，保護(hù)效果不良?？諝庵杏泻怏w易侵入，易產(chǎn)生氣孔，使焊縫質(zhì)量下降。

（6） 氬氣流量的影響：氬氣流量過(guò)大，易造成氣體浪費(fèi)，而且會(huì)產(chǎn)生紊流，將空氣卷入保護(hù)區(qū)，降低保護(hù)效果；過(guò)小，保護(hù)氣體挺度不夠，阻隔周圍空氣的能力弱，使保護(hù)效果變差，產(chǎn)生氣孔傾向增大。

（7） 焊槍與焊件的位置：夾角過(guò)小，內(nèi)側(cè)產(chǎn)生紊流，外側(cè)氬氣挺度不夠，氣體保護(hù)效果變差，易產(chǎn)生氣孔。

3.焊接工藝對(duì)氣孔的影響

3.1.焊接方法的影響：不同焊接方法對(duì)電弧氣氛中水分的敏感性不一樣，氫的吸附速度和吸附數(shù)量也有明顯差異。TIG焊時(shí)，主要是熔池金屬表面與氣體氫反應(yīng)，比表面積小，熔池溫度低于弧柱溫度，吸收氫的條件不如MIG焊有利。

3.2.焊接電流的影響：選用的電流值比合適的電流值小時(shí)，電弧空間沒(méi)有足夠能量。熔滴的沖擊力不能使坡口、鈍邊外的氧化膜較完全的被擊碎，氧化膜吸附的結(jié)晶水與液態(tài)鋁發(fā)生作用產(chǎn)生氫，使液態(tài)金屬中的氫的濃度增加，熔池結(jié)晶后形成氣孔。當(dāng)焊接電流超過(guò)一定限值時(shí)，焊接過(guò)程穩(wěn)定性變差，易產(chǎn)生飛濺和氣孔。

3.3.電弧長(zhǎng)度影響：電弧過(guò)長(zhǎng)，增大了噴嘴與焊件之間的距離，保護(hù)效果變差，會(huì)產(chǎn)生分散氣孔。長(zhǎng)弧焊時(shí)，焊絲從小熔滴過(guò)渡的方式進(jìn)入熔池，單位長(zhǎng)度焊絲所形成的熔滴表面積大，通過(guò)電弧空間時(shí)間較長(zhǎng)，焊絲氧化膜結(jié)晶水分解為氫的可能性增大，氫溶入熔滴數(shù)量增多。電弧過(guò)短，鎢極與焊件易碰撞發(fā)生短路，產(chǎn)生夾鎢，以及無(wú)法正常施焊。

3.4.焊接速度的影響：焊速太快，熔池存在時(shí)間較短，焊絲氧化膜分解出來(lái)的氫向熔池侵入，熔池結(jié)晶時(shí)來(lái)不及逸出，形成氣孔；以及空氣阻力對(duì)保護(hù)氣層的影響，遇側(cè)向氣流的侵襲，使保護(hù)氣層偏離鎢極和熔池，保護(hù)效果變差，產(chǎn)生氣孔。

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作者簡(jiǎn)介：

李曉波（1972.1—），男，漢族，四川成都，技師，主要從事焊接理論及實(shí)訓(xùn)教學(xué)工作。