某艇鋁質ＴＩＧ／ＭＩＧ焊氣孔的產生與防止

向淑君

氫氣孔是鋁及鋁合金焊接時最常見的一種缺陷，并且往往以微氣孔形式出現。由于氣孔的存在，會使焊縫接頭強度、塑性和沖擊韌性降低，所以在焊接時必須最大限度地減少氣孔的含量，確保焊接質量。

鋁及鋁合金TIG／MIG焊接時除了材料本身的特點導致氣孔的產生外，筆者現在從以下幾個方面來進行分析鋁及鋁合金產生氣孔的原因，并給出相應的防止措施。

一、焊接材料

焊接材料對焊接接頭氣孔的影響，這里主要討論的是填充焊絲和保護氣體。

1、焊絲

焊絲的成分及性能直接影響焊縫的力學性能；焊絲表面的光潔度直接影響焊接工藝。例如，普通鋁焊絲表面有油封及自然生長的氧化膜，焊接時參與冶金反應，部分氫受熱分解后溶入溶池中，為焊縫中產生氫氣孔提供條件，即使在焊接之前經過化學清理或機械清理，但在化學清洗后的存放待用時間內，鋁焊絲表面又會自然生長新的氧化膜，致其表面出現疏松，甚至出現孔洞，這些疏松易吸收空氣中的水分，這樣很難保證焊縫質量。

所以，一般情況下在焊接鋁及鋁合金前，焊絲和焊件都要經過化學清洗，清理后要保持干燥。清洗后的焊絲最好在2～3小時內完成焊接，而且清洗后的焊絲在存放待用的時間內一定要按規定放好。大構件的生產，除了焊前的化學清理外，在進行焊接之前局部還要進行機械清理。在焊接過程中，焊絲的放置和操作要規范：同時對焊絲本身的性能也提出了一些要求：(1)焊接時焊絲產生氣孔和裂紋的傾向小；(2)焊縫及焊接接頭的力學性能(強度和塑性)好，(3)焊縫及焊接接頭在使用環境條件下的耐蝕性能好，(4)焊縫金屬表面顏色與母材表面顏色能相互匹配等，這些都是防止氣孔產生的途徑。

2、保護氣體

氫氣(或氦氣)作為保護氣體，在進行TIG焊時，要求其純度達到99.9％～99.999％范圍內，我國生產的工業純氬，其純度可達99.99％，完全符合鋁及鋁合金的焊接，但氫氣中有害雜質主要是氨和水蒸氣，它們會在焊接的過程中分解溶入到熔池中導致氣孔的產生，特別是水蒸氣分解的氫會在焊縫中形成氫氣孔，降低了焊接接頭質量和性能，因此保護氣在使用時要保持其干燥。

MIG焊分為半自動或自動焊，電極為焊絲，不存在電極燒損問題，焊接電流比TIG焊相對要大一些，為了保證獲得較大的熔深及加強保護，應采用氫氣和氦氣的混合氣體(25％He+75％Ar可獲得最大熔深)，對其純度要求更高。另外，在焊接的過程中，要求保持送氣管道的潔凈及密封性；規范氣瓶的使用及擺放方法；瓶內氣體不能用盡等。

實踐證明，采用鋁鎂系列的5083牌鋁板，配5183的焊絲，99.999％的氬氣保護(或Ar+He的混合氣體)進行TIG／MlG焊，其效果很好。

二、焊接工藝參數

焊接工藝參數是影響焊縫質量的一個關鍵因素，它的影響是一個較為復雜的過程，綜合考慮各個參數的影響是獲得優質焊接接頭的重要保證。

1、引弧和熄弧

鋁及鋁合金的焊接一般采用氬(或氦)弧焊，由氬(或氦)氣作為保護氣體，在引弧時，氬(或氦)氣充當電離介質，而氬(或氦)的電離電位較高，引弧較困難，在起弧點易出現氧化物，氧化物吸水性強，致使氫氣孔的產生。針對這種情況，目前解決此種現象的最好方法是采用引弧板；或在距離開始焊接處之前約20mm的地方進行引弧，然后迅速移至焊接起點進行正常的焊接。

熄弧時易造成弧坑或流淌現象，出現氣孔和裂紋的情況較多。通常采用以下幾種方法：在收弧處添加焊絲時，逐漸拉長電弧，同時多添加焊絲；或用迅速熄弧并重新引燃若干次的方法熄弧；也可采用熄弧板來解決；還可以采用較小電流收弧的方法等。

2、電源種類及焊接電流

鋁及鋁合金表面極易生成一層致密的氧化膜()，密度大、熔點高(℃)，焊接時氧化膜對母材與母材、母材與填空材料之間的熔合起阻礙作用，會使焊縫出現夾渣和未熔合等缺陷，由于這些缺陷極易吸水，從而導致氣孔的產生，所以焊接時要正確選擇焊接電源。對于TIG焊，鎢極作為電極，為了減少電極的燒損，采用交流電源進行焊接，這樣做一方面保護了電極，另一方面也有清除氧化膜的作用；對于MIG焊，由于焊絲作為電極，不存在燒損問題，故采用直流反接。

焊接電流的大小應根據焊絲直徑、板材厚度、接頭形式及焊接位置來選擇。焊接電流越大，熔池溫度越高，溶入氫的量越多，而鋁及鋁合金T1G／MIG焊的焊角較小，焊接速度比較快，冷卻時逸出的氣體量較少，所以產生氫氣孔的傾向比較大。MIG焊，為了獲得較大的熔深，所使用的焊接電流較大，焊接速度更快，所以產生氫氣孔的傾向比TIG焊更大。焊接鋁及鋁合金時，應采用四步操作方式進行焊接其效果較好，即太的起弧電流(目的是清理焊接坡口及其附近的氧化膜)正常的焊接電流小的收弧電流(目的是放慢焊接速度，填滿弧坑)再熄弧。這樣可大大減少引弧和熄弧時產生的氣孔。另外，為了防止氣孔的產生及提高生產率，在不導致燒穿的情況下盡量使用較大的電流進行焊接。

3、噴嘴及保護效果

噴嘴的結構形狀與尺寸對噴出氣體的流態及保護效果有很大的影響，噴嘴內形成近壁層流的厚度取決于噴嘴的形狀和尺寸。試驗證明，圓柱形噴嘴保護效果最好，收斂形噴嘴次之。此外，噴嘴的內壁要光滑，噴嘴出口邊緣要成直角，如果邊緣有2mm左右的圓角，便對氣流產生不利影響；同時，如果電極和噴嘴間的同心度不好，也會嚴重降低氣流對熔池的保護效果。保護氣體流量的大小也會影響保護效果，氣體流量一般根據焊接過程來選擇，流量合適時熔池平穩，表面明亮，沒有氧化痕跡，而且焊縫成形美觀。對于一定孔徑的噴嘴，氣流量過小，氣流挺度太差，排除周圍空氣的能力弱，保護效果不好：但流量過大，噴出的氣流近壁層流很薄，甚至為紊流，保護效果也不好。任一口徑噴嘴都有一個合適的氣體流量范圍。

焊嘴與焊件間距離的大小也是影響焊縫質量的一個重要因素，所以噴嘴與焊件之間的距離應合適，在電極外伸長度不影響操作及金屬飛濺造成噴嘴堵塞等前提下，噴嘴至工件的距離盡可能小，這樣保護效果穩定可靠。另外，為了達到保護效果良好，防止氣孔的產生，鋁及鋁合金的焊接不適于在室外或有穿堂風的情況下進行焊接，必要時采取防風措施。

4、工藝因素

(1)焊接速度焊接速度對保護效果影響不顯著，但對氣體的逸出有影響，焊接速度越快，逸出的氣體量越少，產生的氣孔就越多：一般情況下要求焊工具有良好的操作技術，根據焊接情況能較好地控制焊接速度。據試驗，在氣體流量和噴嘴口徑配合很好的情況下，焊速達120m／h。

(2)接頭形式：接頭形式不同，保護氣流在其表面上的覆蓋程度也不同。平對接和內角接焊接時，氣流能很好地覆蓋接頭表面，保護效果良好，產生氣孔的可能性小。外角接或端接焊接時，保護氣流容易沿接頭表面流散，保護效果則降低，產生氣孔的可能性增大。為了改善這類接頭的保護條件，可在接頭兩側加氣流擋板，也可用增大氣體流量及靈活控制焊槍角度與位置等措施來提高保護效果，達到防止氣孔的產生。

(3)坡口角度：坡口的角度隨板厚的增加而增加，鋁及鋁合金的焊接開U形坡口較多(可減少變形量)。相對鋼板來說，同種厚度的鋁及鋁合金板所開坡口的角度要大～些。如鋼板的對接接頭V形坡口一般為60°，而鋁及鋁合金的坡口必須在70°以上，這樣產生的氣孔會大大減少。在實際生產中，為了某種特殊產品的需要，當板厚達到10mm時可采用單面V型坡口，再反面清根處理，其效果會更好。

另外，周圍環境及空氣濕度不合理也會導致氣孔的產生。鋁及鋁合金的裝焊工藝方面還應做到：裝配時不留間隙；定位焊時一般要設在坡口的反面；焊后要有清根處理等。

(作者單位：廣州黃埔造船廠技工學校)