淺析鋁和鋁鎂合金熔化極氬弧焊氣孔產(chǎn)生及預(yù)防

陳志濤 徐義言 王玉林

摘要：本文介紹了鋁和鎂合金焊縫氣孔產(chǎn)生的原因及影響因素，通過(guò)焊接試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐提出了防止氣孔產(chǎn)生的措施。

關(guān)鍵詞：鋁和鋁鎂合金焊接;氣孔;防止措施

引言

隨著國(guó)防工業(yè)和石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，中厚鋁板及鋁合金大量用于制造壓力容器等產(chǎn)品，近年來(lái)，我廠協(xié)同有關(guān)單位進(jìn)行了鋁和鋁合金大電流熔化極自動(dòng)和半自動(dòng)氬弧焊試驗(yàn)研究工作。在此基礎(chǔ)上，先后成批生產(chǎn)了純鋁、鋁鎂合金（LF2，LF3）壓力容器。生產(chǎn)實(shí)踐表明：焊縫中的氣孔是純鋁和鋁鎂合金熔化極自動(dòng)氬弧焊的主要缺陷。因此，了解氣孔產(chǎn)生的條件，掌握防止氣孔產(chǎn)生的措施，是保證獲得高質(zhì)量焊縫的重要環(huán)節(jié)。

1.鋁和鋁鎂合金焊縫氣孔產(chǎn)生原因及分析

1.1氣孔產(chǎn)生的根源

鋁和鋁鎂合金焊縫中的氣孔主要是由氫引起的。氫的來(lái)源有：焊絲和板材中溶解的氫及其表面氧化膜吸附的結(jié)晶水;氬氣中的氫和濕氣;焊接時(shí)由于保護(hù)不好空氣中的氫和水氣進(jìn)入焊接熔池等。鋁在焊接時(shí)，焊縫中能否產(chǎn)生氣泡首先取決于溶入氫的濃度，在溶入氫的濃度小于0169cm3/100g時(shí)，形成氣泡的可能性極小。但在實(shí)際焊接過(guò)程中，由于某些因素控制不嚴(yán)，在電弧高溫作用下，溶解于鋁中氫的濃度就會(huì)大于0169 cm3/ 100 g，此時(shí)氣孔的產(chǎn)生主要取決于結(jié)晶速度：當(dāng)結(jié)晶速度快到恰好抑制了氣泡的形成，則氫只能飽和固溶于焊縫金屬中，而不以氣泡形式逸出，氣孔就會(huì)發(fā)生;當(dāng)結(jié)晶速度足夠慢，已形成的氫氣泡來(lái)得及逸出焊縫溶池時(shí)，也不會(huì)形成氣孔;當(dāng)結(jié)晶速度正好使氣泡能夠形成而來(lái)不及逸出時(shí)便產(chǎn)生氣孔。實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)鋁鎂合金對(duì)氫的溶解度較大，對(duì)氣孔的敏感性比純鋁低，出現(xiàn)的氣孔比較少。

1.2氣孔的種類及影響氣孔產(chǎn)生的因素

鋁和鋁合金焊縫出現(xiàn)的氣孔，根據(jù)其分布特點(diǎn)可以分為：鏈狀氣孔，網(wǎng)狀氣孔和密集氣孔，分散和單個(gè)氣孔，微氣孔等。氣孔的分布特點(diǎn)與其產(chǎn)生的原因有關(guān)系，各類氣孔的分布特點(diǎn)及其生產(chǎn)的原因分析如下。

1.2.1鏈狀氣孔

這種氣孔的產(chǎn)生是由于某一恒定因素起作用，從而使氫連續(xù)地、大量地溶入熔池內(nèi)而來(lái)不及逸出時(shí)產(chǎn)生的

1.2.2網(wǎng)狀氣孔和密集氣孔

網(wǎng)狀氣孔和密集氣孔其表現(xiàn)形成是不同的，而產(chǎn)生的原因卻有共同性，均是由于某種因素使氫在某一瞬間大量溶入熔池而產(chǎn)生的

1.2.3分散及單個(gè)氣孔

這2種氣孔表現(xiàn)在數(shù)量上有較大區(qū)別，而產(chǎn)生的原因有共同性，也是由于某種因素瞬間作用的結(jié)果。如坡口或焊絲局部被污染，弧長(zhǎng)波動(dòng)引起氬氣保護(hù)被破壞就會(huì)產(chǎn)生分散氣孔，有時(shí)由于焊絲受阻不能正常送下，使電弧拉長(zhǎng)也會(huì)出現(xiàn)這類氣孔。因此，單個(gè)和分散氣孔受偶然因素影響較大，這種氣孔在焊縫中是較難避免的。

綜上所述，氣孔是由于熔池中溶解氫而產(chǎn)生的，氫的來(lái)源是多方面的，因此氣孔產(chǎn)生的原因是多種因素綜合作用的結(jié)果，其中一些是偶然的、瞬時(shí)的因素。所以，鋁及鋁鎂合金的焊接除了加強(qiáng)對(duì)焊絲和板材清理，注意選擇合適的焊接規(guī)范以外，還要結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，總結(jié)積累可能引起氣孔的偶然因素，并加以克服。

2消除氣孔的措施

通過(guò)上述分析，為了防止氣孔產(chǎn)生，可以采取以下措施。

2.1焊絲和板材徹底消除氧化膜，適當(dāng)控制清洗后至施焊的間隔時(shí)間，并防止表面重新污染。

2.1.1焊絲的清洗

焊絲的清洗質(zhì)量直接影響著焊縫的質(zhì)量，必須嚴(yán)格按規(guī)定的程序進(jìn)行清洗。

（1）把焊絲捆成小捆（以自動(dòng)焊焊一圈的數(shù)量為宜），捆得盡量松一些，以保證與清洗溶液充分接觸。

（2）把焊絲置于濃度5 %～10 %的近沸點(diǎn)狀態(tài)的苛性鈉溶液中反應(yīng)3～5 min，并翻動(dòng)焊絲1～2 次，及時(shí)地把反應(yīng)過(guò)程中浮在液面上的油污清除掉，取出焊絲后立即放入水池中，越快越好。

（3）在流動(dòng)的冷水中清洗。

（4）在濃度為35%左右的硝酸水溶液中光化2～3 min。

（5）在流動(dòng)的冷水中清洗。

（6）放入100℃左右的烘干爐中烘30 min，然后存放于爐中，隨用隨取。

每批焊絲清洗之前，需觀察原有苛性鈉溶液是否有較多的反應(yīng)沉淀物存在，如果沉淀物較多，應(yīng)重新更換溶液，這一點(diǎn)在清洗過(guò)程中需要特別注意。清洗好的焊絲在1周左右的時(shí)間內(nèi)均可使用，如果間隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則需重新清洗后再使用。

2.1.2板材坡口的清洗

板材坡口也采用化學(xué)清洗方式。一般用氣焊槍加熱坡口處至50～60 ℃，涂上濃度為10 %左右的苛性鈉溶液于坡口周圍100 mm范圍內(nèi)，然后用冷水沖洗干凈，再涂上35 %左右的硝酸溶液光化處理2～3 min后用冷水沖洗，干燥后進(jìn)行對(duì)裝焊接。板材坡口清洗也就注意將堿液和堿洗后的反應(yīng)物清洗干凈。在焊接前最好用丙酮擦一下坡口處，用細(xì)銅絲刷一下，以清除對(duì)裝過(guò)程中可能帶入的臟物。

2.2采用強(qiáng)規(guī)范施焊，增大焊接電流。正常施焊時(shí)，電弧要控制在稍短的弧長(zhǎng)范圍內(nèi)，即電弧發(fā)出“蘇”間“叭”的聲音，保持熔滴在半射流過(guò)渡形成。

2.3必須經(jīng)常注意焊炬的保護(hù)性能，焊完一道焊縫后及時(shí)消除飛濺物。每次施焊前要檢查焊炬的同心度。

2.4使用的氬氣純度要保證≥99.98%，露點(diǎn)為- 45 ℃。如果含有較多的水汽要通過(guò)干燥裝置凈化。

2.5根據(jù)板厚盡量選用粗焊絲。

3結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)鋁和鋁鎂合金熔化極氬弧焊氣孔產(chǎn)生的原因分析，及預(yù)防措施，對(duì)焊接技術(shù)的發(fā)展有一定的推動(dòng)作用，并且推動(dòng)了我國(guó)工業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 周萬(wàn)盛、姚君山.鋁及鋁合金的焊接，機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

（作者單位：中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司）