淺析鋁和鋁鎂合金熔化極氬弧焊氣孔產生及預防

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生的原因及影響因素，通過焊接試驗和生產實踐提出了防止氣孔產生的措施。

關鍵詞：鋁和鋁鎂合金焊接;氣孔;防止措施

引言

隨著國防工業和石油化學工業的發展，中厚鋁板及鋁合金大量用于制造壓力容器等產品，近年來，我廠協同有關單位進行了鋁和鋁合金大電流熔化極自動和半自動氬弧焊試驗研究工作。在此基礎上，先后成批生產了純鋁、鋁鎂合金（LF2，LF3）壓力容器。生產實踐表明：焊縫中的氣孔是純鋁和鋁鎂合金熔化極自動氬弧焊的主要缺陷。因此，了解氣孔產生的條件，掌握防止氣孔產生的措施，是保證獲得高質量焊縫的重要環節。

1.鋁和鋁鎂合金焊縫氣孔產生原因及分析

1.1氣孔產生的根源

鋁和鋁鎂合金焊縫中的氣孔主要是由氫引起的。氫的來源有：焊絲和板材中溶解的氫及其表面氧化膜吸附的結晶水;氬氣中的氫和濕氣;焊接時由于保護不好空氣中的氫和水氣進入焊接熔池等。鋁在焊接時，焊縫中能否產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，形成氣泡的可能性極小。但在實際焊接過程中，由于某些因素控制不嚴，在電弧高溫作用下，溶解于鋁中氫的濃度就會大于0169 cm3/ 100 g，此時氣孔的產生主要取決于結晶速度：當結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，氣孔就會發生;當結晶速度足夠慢，已形成的氫氣泡來得及逸出焊縫溶池時，也不會形成氣孔;當結晶速度正好使氣泡能夠形成而來不及逸出時便產生氣孔。實際生產中發現鋁鎂合金對氫的溶解度較大，對氣孔的敏感性比純鋁低，出現的氣孔比較少。

1.2氣孔的種類及影響氣孔產生的因素

鋁和鋁合金焊縫出現的氣孔，根據其分布特點可以分為：鏈狀氣孔，網狀氣孔和密集氣孔，分散和單個氣孔，微氣孔等。氣孔的分布特點與其產生的原因有關系，各類氣孔的分布特點及其生產的原因分析如下。

1.2.1鏈狀氣孔

這種氣孔的產生是由于某一恒定因素起作用，從而使氫連續地、大量地溶入熔池內而來不及逸出時產生的

1.2.2網狀氣孔和密集氣孔

網狀氣孔和密集氣孔其表現形成是不同的，而產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生的

1.2.3分散及單個氣孔

這2種氣孔表現在數量上有較大區別，而產生的原因有共同性，也是由于某種因素瞬間作用的結果。如坡口或焊絲局部被污染，弧長波動引起氬氣保護被破壞就會產生分散氣孔，有時由于焊絲受阻不能正常送下，使電弧拉長也會出現這類氣孔。因此，單個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生的，氫的來源是多方面的，因此氣孔產生的原因是多種因素綜合作用的結果，其中一些是偶然的、瞬時的因素。所以，鋁及鋁鎂合金的焊接除了加強對焊絲和板材清理，注意選擇合適的焊接規范以外，還要結合生產實際，總結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

通過上述分析，為了防止氣孔產生，可以采取以下措施。

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

2.1.1焊絲的清洗

焊絲的清洗質量直接影響著焊縫的質量，必須嚴格按規定的程序進行清洗。

（1）把焊絲捆成小捆（以自動焊焊一圈的數量為宜），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 %的近沸點狀態的苛性鈉溶液中反應3～5 min，并翻動焊絲1～2 次，及時地把反應過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沉淀物存在，如果沉淀物較多，應重新更換溶液，這一點在清洗過程中需要特別注意。清洗好的焊絲在1周左右的時間內均可使用，如果間隔時間過長，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，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，干燥后進行對裝焊接。板材坡口清洗也就注意將堿液和堿洗后的反應物清洗干凈。在焊接前最好用丙酮擦一下坡口處，用細銅絲刷一下，以清除對裝過程中可能帶入的臟物。

2.2采用強規范施焊，增大焊接電流。正常施焊時，電弧要控制在稍短的弧長范圍內，即電弧發出“蘇”間“叭”的聲音，保持熔滴在半射流過渡形成。

2.3必須經常注意焊炬的保護性能，焊完一道焊縫后及時消除飛濺物。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%，露點為- 45 ℃。如果含有較多的水汽要通過干燥裝置凈化。

2.5根據板厚盡量選用粗焊絲。

3結束語

綜上所述，通過對鋁和鋁鎂合金熔化極氬弧焊氣孔產生的原因分析，及預防措施，對焊接技術的發展有一定的推動作用，并且推動了我國工業的進步和發展。

參考文獻

[1] 周萬盛、姚君山.鋁及鋁合金的焊接，機械工業出版社，2006.

（作者單位：中車長春軌道客車股份有限公司）