鋁合金TIG焊氣孔缺陷的類型和產生原因分析

李曉波+提學超

摘 要：氣孔是鋁合金TIG焊工藝中常見缺陷，本文結合焊接實踐，對氣孔缺陷形成原因進行了深入分析，并總結出了其產生的規律，為采取何種工藝措施，避免氣孔的產生，積累一定的技術資料。

關鍵詞：鋁合金，TIG焊接，氣孔缺陷

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

1.氣孔的特征和類型

氣孔是焊接時熔池中的氣泡在凝固時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） 根據其分布特點和形貌特征，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：熔池結晶時，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，熔池完全結晶時，氣泡未能上浮逸出，形成局部密集氣孔。

（3） 皮下氣孔：焊縫結晶過程中，當液態鋁從高溫冷卻接近凝固點時，液態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，熔池結晶后形成氣孔，多數呈圓形或橢圓形，分布不均。

2.鋁合金焊縫氣孔產生原因分析

焊縫中的氣孔主要有氫氣孔、氮氣孔、CO氣孔。由于氮不熔入液態鋁，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，氫是產生氣孔的根源。

（1） 氫的影響：焊接區的氫來自于諸多方面，零件及焊絲表面的油脂、水分、銹蝕，保護氣體含有水分以及鋼材冶煉時殘留的氫等。在電弧高溫作用下，不斷地向液體熔池內部擴散和溶解。因為氫在高溫下的鋁液中溶解度較大，當溫度急劇下降時，溶解度也會降低。

（2） 操作不當：如焊槍離試件距離過高，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，導致不能形成良好氣體保護，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，電弧空間沒有足夠能量。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，氧化膜吸附的結晶水與液態鋁發生作用產生氫，使液態金屬中的氫的濃度增加，熔池結晶后形成氣孔。當焊接電流超過一定限值時，焊接過程穩定性變差，易產生飛濺和氣孔。

（4） 保護氣體的影響： 氬氣和氦氣是鋁合金氣體保護焊最常用的兩種保護氣體，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，射流過渡時易得到“指狀”熔深，熔池形狀為“指狀”時凝固速度快，氣體跑不出來產生氣孔。

（5） 噴嘴直徑的影響：噴嘴直徑過大，氬氣保護區域增大，但阻擋操作視線，限制操作位置。直徑過小，氬氣保護區域小，保護效果不良。空氣中有害氣體易侵入，易產生氣孔，使焊縫質量下降。

（6） 氬氣流量的影響：氬氣流量過大，易造成氣體浪費，而且會產生紊流，將空氣卷入保護區，降低保護效果；過小，保護氣體挺度不夠，阻隔周圍空氣的能力弱，使保護效果變差，產生氣孔傾向增大。

（7） 焊槍與焊件的位置：夾角過小，內側產生紊流，外側氬氣挺度不夠，氣體保護效果變差，易產生氣孔。

3.焊接工藝對氣孔的影響

3.1.焊接方法的影響：不同焊接方法對電弧氣氛中水分的敏感性不一樣，氫的吸附速度和吸附數量也有明顯差異。TIG焊時，主要是熔池金屬表面與氣體氫反應，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，電弧空間沒有足夠能量。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，氧化膜吸附的結晶水與液態鋁發生作用產生氫，使液態金屬中的氫的濃度增加，熔池結晶后形成氣孔。當焊接電流超過一定限值時，焊接過程穩定性變差，易產生飛濺和氣孔。

3.3.電弧長度影響：電弧過長，增大了噴嘴與焊件之間的距離，保護效果變差，會產生分散氣孔。長弧焊時，焊絲從小熔滴過渡的方式進入熔池，單位長度焊絲所形成的熔滴表面積大，通過電弧空間時間較長，焊絲氧化膜結晶水分解為氫的可能性增大，氫溶入熔滴數量增多。電弧過短，鎢極與焊件易碰撞發生短路，產生夾鎢，以及無法正常施焊。

3.4.焊接速度的影響：焊速太快，熔池存在時間較短，焊絲氧化膜分解出來的氫向熔池侵入，熔池結晶時來不及逸出，形成氣孔；以及空氣阻力對保護氣層的影響，遇側向氣流的侵襲，使保護氣層偏離鎢極和熔池，保護效果變差，產生氣孔。

參考文獻：

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作者簡介：

李曉波（1972.1—），男，漢族，四川成都，技師，主要從事焊接理論及實訓教學工作。