鎢極氬弧焊焊接空心球焊縫氣孔的質(zhì)量控制

韓利東

【摘 要】本文詳細(xì)介紹了鎢極氬弧焊在球形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)空心球焊接中常見(jiàn)的氣孔缺陷的控制措施及方法，為空心球焊接質(zhì)量的保證提供技術(shù)參考。

【關(guān)鍵詞】鎢極氬弧焊；空心球；氣孔；控制

球形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)包括螺栓球形網(wǎng)架、焊接球形網(wǎng)架、焊接鋼板網(wǎng)架等結(jié)構(gòu)，其中焊接球形網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造和制造均較簡(jiǎn)單，球體外形美觀(guān)、具有萬(wàn)向性，可以連接任意方向的桿件，其缺點(diǎn)是由于球節(jié)點(diǎn)由兩片等厚鋼板壓制成半球，經(jīng)過(guò)修切邊緣及坡口，然后組對(duì)焊接而成，焊接完成的空心球焊縫需要經(jīng)過(guò)無(wú)損檢測(cè)達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)，因此對(duì)焊接質(zhì)量的要求較為嚴(yán)格。空心球焊縫的焊接方法很多，鎢極氬弧焊是焊接空心球常用的方法之一，但焊接中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)焊縫存在氣孔缺陷，因此如何控制氣孔的產(chǎn)生是鎢極氬弧焊焊接空心球質(zhì)量保證的關(guān)鍵。

1 氣孔產(chǎn)生的機(jī)理分析

1.1 氣孔的特點(diǎn)

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中所形成的孔穴，是鎢極氬弧焊中常見(jiàn)的也是主要的焊接缺陷，其形狀有球形、橢圓形、旋風(fēng)形、條蟲(chóng)形等。在焊縫內(nèi)部的稱(chēng)為內(nèi)部氣孔，露在焊縫表面的稱(chēng)為外部氣孔。氣孔的大小不等，有時(shí)是單個(gè)的，有時(shí)是密集在一起或是沿焊縫連續(xù)分布。

1.2 氣孔的形成及影響因素

焊接過(guò)程中熔池的周?chē)錆M(mǎn)著成分復(fù)雜的各種氣體，這些氣體主要來(lái)自周?chē)目諝猓讣系碾s質(zhì)如鐵銹、油漆、油脂受熱后產(chǎn)生的氣體等。所有這些都不斷地與金屬熔池發(fā)生作用，一些氣體通過(guò)化學(xué)反應(yīng)或溶解等形式進(jìn)入熔池，使熔池的液體金屬吸收了相當(dāng)多的氣體，如果這些氣體排出較快，就不會(huì)在熔池結(jié)晶后產(chǎn)生氣孔，如果氣體來(lái)不及排出熔池，就會(huì)殘留在焊縫中形成氣孔。

鎢極氬弧焊焊縫中氣體的生成往往是集中氣體共同作用的結(jié)果，而起主要作用的氣體是氫氣和氮?dú)狻：附訁^(qū)的氫氣來(lái)自于各個(gè)方面，某些組成物的結(jié)晶水和工件表面雜質(zhì)等都含有氫氣的成分，同時(shí)鋼中也可能含有，它們?cè)陔娀「邷刈饔孟滦纬蓺馀菹蛲馀懦觯诤缚p冷卻過(guò)程中來(lái)不及浮出的氫氣便會(huì)形成氣孔。氮?dú)庵饕獊?lái)自空氣，氮?dú)庠诨窘饘俸秃缚p中含量很少，在鋼中和其他鐵合金中是以氧化物固溶體及其他形式存在。氮?dú)庠阡撝械娜芙舛入S溫度下降而劇烈變化，析出的氮?dú)庑纬蓺馀輳娜鄢刂信懦觯瑏?lái)不及排出的氣泡殘留在焊縫中形成氣孔，形成氣孔是在沒(méi)有足夠充分的保護(hù)條件下使電弧和焊接熔池中的金屬受到空氣的作用而造成的。

2 防止氣孔產(chǎn)生的措施

正確的焊接工藝及焊工的操作技能是防止氣孔產(chǎn)生的基本途徑。

2.1 工件和焊絲的焊前處理

鎢極氬弧焊對(duì)油、銹、水特別敏感，極易產(chǎn)生氣孔，因此對(duì)母材的表面質(zhì)量要求較高。焊前必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的清理，對(duì)待焊工件坡口內(nèi)外10-15mm范圍內(nèi)進(jìn)行清理打磨，去除表面的氧化膜、油脂及水分等雜質(zhì)，露出金屬光澤，同時(shí)對(duì)焊絲表面的油脂、鐵銹也要用砂紙進(jìn)行打磨直到露出金屬光澤。

2.2 氬氣的純度

氬氣是惰性氣體，具有高溫下不分解和不與焊縫金屬發(fā)生氧化反應(yīng)的特性。氬弧焊時(shí)氬氣純度應(yīng)當(dāng)大于99.95%，要保證氣路通暢，不得有堵漏現(xiàn)象發(fā)生。

2.3 噴嘴直徑

噴嘴直徑可由下面的經(jīng)驗(yàn)公式確定：

D=（2.5-3.2）d

式中D為噴嘴直徑，d為鎢極直徑，噴嘴直徑一般為6-12mm。

2.4 鎢極伸出長(zhǎng)度

鎢極伸出長(zhǎng)度過(guò)大增大了噴嘴與工件之間的距離，使保護(hù)效果變差；伸出長(zhǎng)度過(guò)小雖然保護(hù)效果好但會(huì)阻擋焊工視線(xiàn)，鎢極與焊絲易碰撞發(fā)生短路使焊接無(wú)法進(jìn)行。

2.5 焊接速度

焊接速度是主要的焊接參數(shù)之一。速度過(guò)快會(huì)使保護(hù)氣體偏離鎢極和熔池，使保護(hù)效果變差產(chǎn)生氣孔，并且也影響焊縫的成形，所以施焊時(shí)必須選擇合適的焊接速度。

2.6 提前送氣滯后停氣

引弧前3-4s送氬氣使引弧處在氣體保護(hù)中防止鎢極與熔池發(fā)生氧化產(chǎn)生氣孔，滯后停氣可達(dá)到保護(hù)熔池緩冷的目的還可避免收弧處出現(xiàn)弧坑、裂紋、氣孔等缺陷，因此必須掌握正確的息弧方法。

2.7 操作技能

操作技能的熟練程度是防止氣孔的重要環(huán)節(jié)，焊槍、焊絲及工件之間要保持正確的位置和角度，動(dòng)作要協(xié)調(diào)。施焊時(shí)電弧要平穩(wěn)，電弧的高度要均勻一致，嚴(yán)禁忽高忽低，防止氣體瞬間進(jìn)入熔池產(chǎn)生氣孔，同時(shí)要注意觀(guān)察熔池的變化，提高對(duì)氣孔的排出能力。全位置焊接時(shí)，焊槍、焊絲和工件相互間必須保持一定的距離，方向一般為由下向上焊接，即仰—立—平的順序，收弧時(shí)要避免出現(xiàn)弧坑和縮孔并保證焊縫不低于母材。

在工程實(shí)踐中，可以采用管管連接及板板連接的方式制作焊接工藝評(píng)定，以確定合理的焊接規(guī)范，保證焊縫的施工質(zhì)量，在焊接中第一層焊縫起著至關(guān)重要的作用，其他層焊縫的焊接質(zhì)量更多地體現(xiàn)在焊工技術(shù)水平上。

但是在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)采用大規(guī)范施焊空心球，經(jīng)過(guò)射線(xiàn)檢測(cè)打底層焊縫會(huì)出現(xiàn)密集氣孔缺陷，并沿焊縫方向連續(xù)分布。在排除坡口及兩側(cè)油銹的清理質(zhì)量及氬氣純度等外部因素外，仍然存在密集氣孔現(xiàn)象，有必要對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行進(jìn)一步研究分析。

在實(shí)際操作中，采用大規(guī)范焊接空心球焊縫時(shí)發(fā)現(xiàn)熔池位置熔滴進(jìn)入熔池時(shí)出現(xiàn)偏離正常的滴入方向而向空心球里側(cè)偏離，而且明顯感覺(jué)有一股吸引力將熔滴吸入空心球，造成操作難度明顯加大。焊接完畢的焊縫經(jīng)過(guò)射線(xiàn)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)內(nèi)部存在密集氣孔現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)用磨光機(jī)打磨至產(chǎn)生氣孔位置發(fā)現(xiàn)氣孔存在部位為打底層。

經(jīng)過(guò)對(duì)這種現(xiàn)象的進(jìn)一步分析，確定這是由于焊接過(guò)程中焊接溫度高，空心球內(nèi)部空氣受熱膨脹逸出，造成球內(nèi)與球外氣壓不等，球內(nèi)氣壓低而球外氣壓高，在焊接中，為了保證氣壓平衡，球外空氣會(huì)沖破氬氣保護(hù)層進(jìn)入焊縫內(nèi)，這種沖破氬氣的作用力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正常氬弧焊施焊時(shí)空氣進(jìn)入氬氣保護(hù)層的作用力，使氬氣無(wú)法起到有效的保護(hù)作用，熔池冷卻后便在焊縫內(nèi)部產(chǎn)生氣孔，這種氣孔為氮?dú)饪祝拭芗植紶顟B(tài)。

避免產(chǎn)生這種氣孔的措施是盡量降低空心球內(nèi)的溫度，使空心球內(nèi)的氣體逸出速度降低，盡量保持球內(nèi)與球外空氣壓力的平衡，為此盡量采用小規(guī)范焊接工藝施焊，經(jīng)驗(yàn)表明，焊絲直徑<1.6mm，鎢極直徑<2.0mm，可以有效避免這種氣孔的產(chǎn)生。

綜上所述，鎢極氬弧焊焊接空心球焊縫時(shí)，氣孔缺陷是主要解決的問(wèn)題，在焊接中盡量采用小規(guī)范施焊，并進(jìn)行焊接試驗(yàn)，確定合理的焊接工藝，以避免氣孔缺陷的產(chǎn)生。

【參考文獻(xiàn)】

[1]俞尚知，主編.焊接工藝人員手冊(cè)[M].上海科學(xué)技術(shù)出版社.

[責(zé)任編輯：王楠]