向淑君

氫氣孔是鋁及鋁合金焊接時(shí)最常見(jiàn)的一種缺陷，并且往往以微氣孔形式出現(xiàn)。由于氣孔的存在，會(huì)使焊縫接頭強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性降低，所以在焊接時(shí)必須最大限度地減少氣孔的含量，確保焊接質(zhì)量。

鋁及鋁合金TIG／MIG焊接時(shí)除了材料本身的特點(diǎn)導(dǎo)致氣孔的產(chǎn)生外，筆者現(xiàn)在從以下幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行分析鋁及鋁合金產(chǎn)生氣孔的原因，并給出相應(yīng)的防止措施。

一、焊接材料

焊接材料對(duì)焊接接頭氣孔的影響，這里主要討論的是填充焊絲和保護(hù)氣體。

1、焊絲

焊絲的成分及性能直接影響焊縫的力學(xué)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(zhǎng)的氧化膜，焊接時(shí)參與冶金反應(yīng)，部分氫受熱分解后溶入溶池中，為焊縫中產(chǎn)生氫氣孔提供條件，即使在焊接之前經(jīng)過(guò)化學(xué)清理或機(jī)械清理，但在化學(xué)清洗后的存放待用時(shí)間內(nèi)，鋁焊絲表面又會(huì)自然生長(zhǎng)新的氧化膜，致其表面出現(xiàn)疏松，甚至出現(xiàn)孔洞，這些疏松易吸收空氣中的水分，這樣很難保證焊縫質(zhì)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(jīng)過(guò)化學(xué)清洗，清理后要保持干燥。清洗后的焊絲最好在2～3小時(shí)內(nèi)完成焊接，而且清洗后的焊絲在存放待用的時(shí)間內(nèi)一定要按規(guī)定放好。大構(gòu)件的生產(chǎn)，除了焊前的化學(xué)清理外，在進(jìn)行焊接之前局部還要進(jìn)行機(jī)械清理。在焊接過(guò)程中，焊絲的放置和操作要規(guī)范：同時(shí)對(duì)焊絲本身的性能也提出了一些要求：(1)焊接時(shí)焊絲產(chǎn)生氣孔和裂紋的傾向??；(2)焊縫及焊接接頭的力學(xué)性能(強(qiáng)度和塑性)好，(3)焊縫及焊接接頭在使用環(huán)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(chǎn)生的途徑。

2、保護(hù)氣體

氫氣(或氦氣)作為保護(hù)氣體，在進(jìn)行TIG焊時(shí)，要求其純度達(dá)到99.9％～99.999％范圍內(nèi)，我國(guó)生產(chǎn)的工業(yè)純氬，其純度可達(dá)99.99％，完全符合鋁及鋁合金的焊接，但氫氣中有害雜質(zhì)主要是氨和水蒸氣，它們會(huì)在焊接的過(guò)程中分解溶入到熔池中導(dǎo)致氣孔的產(chǎn)生，特別是水蒸氣分解的氫會(huì)在焊縫中形成氫氣孔，降低了焊接接頭質(zhì)量和性能，因此保護(hù)氣在使用時(shí)要保持其干燥。

MIG焊分為半自動(dòng)或自動(dòng)焊，電極為焊絲，不存在電極燒損問(wèn)題，焊接電流比TIG焊相對(duì)要大一些，為了保證獲得較大的熔深及加強(qiáng)保護(hù)，應(yīng)采用氫氣和氦氣的混合氣體(25％He+75％Ar可獲得最大熔深)，對(duì)其純度要求更高。另外，在焊接的過(guò)程中，要求保持送氣管道的潔凈及密封性；規(guī)范氣瓶的使用及擺放方法；瓶?jī)?nèi)氣體不能用盡等。

實(shí)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(hù)(或Ar+He的混合氣體)進(jìn)行TIG／MlG焊，其效果很好。

二、焊接工藝參數(shù)

焊接工藝參數(shù)是影響焊縫質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵因素，它的影響是一個(gè)較為復(fù)雜的過(guò)程，綜合考慮各個(gè)參數(shù)的影響是獲得優(yōu)質(zhì)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(hù)氣體，在引弧時(shí)，氬(或氦)氣充當(dāng)電離介質(zhì)，而氬(或氦)的電離電位較高，引弧較困難，在起弧點(diǎn)易出現(xiàn)氧化物，氧化物吸水性強(qiáng)，致使氫氣孔的產(chǎn)生。針對(duì)這種情況，目前解決此種現(xiàn)象的最好方法是采用引弧板；或在距離開(kāi)始焊接處之前約20mm的地方進(jìn)行引弧，然后迅速移至焊接起點(diǎn)進(jìn)行正常的焊接。

熄弧時(shí)易造成弧坑或流淌現(xiàn)象，出現(xiàn)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(shí)，逐漸拉長(zhǎng)電弧，同時(shí)多添加焊絲；或用迅速熄弧并重新引燃若干次的方法熄?。灰部刹捎孟ɑ“鍋?lái)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(diǎn)高(℃)，焊接時(shí)氧化膜對(duì)母材與母材、母材與填空材料之間的熔合起阻礙作用，會(huì)使焊縫出現(xiàn)夾渣和未熔合等缺陷，由于這些缺陷極易吸水，從而導(dǎo)致氣孔的產(chǎn)生，所以焊接時(shí)要正確選擇焊接電源。對(duì)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(jìn)行焊接，這樣做一方面保護(hù)了電極，另一方面也有清除氧化膜的作用；對(duì)于MIG焊，由于焊絲作為電極，不存在燒損問(wèn)題，故采用直流反接。

焊接電流的大小應(yīng)根據(jù)焊絲直徑、板材厚度、接頭形式及焊接位置來(lái)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(shí)逸出的氣體量較少，所以產(chǎn)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(chǎn)生氫氣孔的傾向比TIG焊更大。焊接鋁及鋁合金時(shí)，應(yīng)采用四步操作方式進(jìn)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(shí)產(chǎn)生的氣孔。另外，為了防止氣孔的產(chǎn)生及提高生產(chǎn)率，在不導(dǎo)致燒穿的情況下盡量使用較大的電流進(jìn)行焊接。

3、噴嘴及保護(hù)效果

噴嘴的結(jié)構(gòu)形狀與尺寸對(duì)噴出氣體的流態(tài)及保護(hù)效果有很大的影響，噴嘴內(nèi)形成近壁層流的厚度取決于噴嘴的形狀和尺寸。試驗(yàn)證明，圓柱形噴嘴保護(hù)效果最好，收斂形噴嘴次之。此外，噴嘴的內(nèi)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(duì)氣流產(chǎn)生不利影響；同時(shí)，如果電極和噴嘴間的同心度不好，也會(huì)嚴(yán)重降低氣流對(duì)熔池的保護(hù)效果。保護(hù)氣體流量的大小也會(huì)影響保護(hù)效果，氣體流量一般根據(jù)焊接過(guò)程來(lái)選擇，流量合適時(shí)熔池平穩(wěn)，表面明亮，沒(méi)有氧化痕跡，而且焊縫成形美觀。對(duì)于一定孔徑的噴嘴，氣流量過(guò)小，氣流挺度太差，排除周圍空氣的能力弱，保護(hù)效果不好：但流量過(guò)大，噴出的氣流近壁層流很薄，甚至為紊流，保護(hù)效果也不好。任一口徑噴嘴都有一個(gè)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(zhì)量的一個(gè)重要因素，所以噴嘴與焊件之間的距離應(yīng)合適，在電極外伸長(zhǎng)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(hù)效果穩(wěn)定可靠。另外，為了達(dá)到保護(hù)效果良好，防止氣孔的產(chǎn)生，鋁及鋁合金的焊接不適于在室外或有穿堂風(fēng)的情況下進(jìn)行焊接，必要時(shí)采取防風(fēng)措施。

4、工藝因素

(1)焊接速度焊接速度對(duì)保護(hù)效果影響不顯著，但對(duì)氣體的逸出有影響，焊接速度越快，逸出的氣體量越少，產(chǎn)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(shù)，根據(jù)焊接情況能較好地控制焊接速度。據(jù)試驗(yàn)，在氣體流量和噴嘴口徑配合很好的情況下，焊速達(dá)120m／h。

(2)接頭形式：接頭形式不同，保護(hù)氣流在其表面上的覆蓋程度也不同。平對(duì)接和內(nèi)角接焊接時(shí)，氣流能很好地覆蓋接頭表面，保護(hù)效果良好，產(chǎn)生氣孔的可能性小。外角接或端接焊接時(shí)，保護(hù)氣流容易沿接頭表面流散，保護(hù)效果則降低，產(chǎn)生氣孔的可能性增大。為了改善這類接頭的保護(hù)條件，可在接頭兩側(cè)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(lái)提高保護(hù)效果，達(dá)到防止氣孔的產(chǎn)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(kāi)U形坡口較多(可減少變形量)。相對(duì)鋼板來(lái)說(shuō)，同種厚度的鋁及鋁合金板所開(kāi)坡口的角度要大～些。如鋼板的對(duì)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(chǎn)生的氣孔會(huì)大大減少。在實(shí)際生產(chǎn)中，為了某種特殊產(chǎn)品的需要，當(dāng)板厚達(dá)到10mm時(shí)可采用單面V型坡口，再反面清根處理，其效果會(huì)更好。

另外，周圍環(huán)境及空氣濕度不合理也會(huì)導(dǎo)致氣孔的產(chǎn)生。鋁及鋁合金的裝焊工藝方面還應(yīng)做到：裝配時(shí)不留間隙；定位焊時(shí)一般要設(shè)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(xué)校)