王澤蔭

（甘肅機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741000）

1 引言

焊縫中存在的氣孔缺陷，減少了焊縫的有效截面面積，降低了焊縫承受載荷的能力，局部還會引起應(yīng)力集中，對焊接構(gòu)件的受力能力和使用壽命造成了嚴(yán)重的影響。造成焊縫氣孔缺陷的原因眾多，多年來一直是被關(guān)注和研究的重點(diǎn)對象。張鵬，薛松柏等人通過減壓凝固法、固態(tài)測氫法和X射線檢測分別研究了稀土元素Ce對Sr變質(zhì)的Al-5Si鋁合金焊絲熔體吸氫傾向、焊絲合金含氫量和焊縫氣孔率的影響[1]。崔博，張宏等人采用激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)研究了保護(hù)氣體成分、焊絲成分和超聲振動對焊接接頭氣孔率和氮含量的影響[2]。劉偉亮，江濤等人以1561鋁合金板脈沖MIG橫焊為研究對象,通過X射線探傷和顯微組織觀察，系統(tǒng)分析了不同焊接工藝參數(shù)對氣孔敏感性的影響[3]。馬秋杰，許祥平等人通過研究得知，采用MIG焊焊接6 mm厚的5083鋁合金時(shí)，選用φ(Ar)50%+φ(He)50%的混合氣體可以有效控制焊縫氣孔率；隨著保護(hù)氣體流量的增加,焊縫氣孔率先下降后上升,保護(hù)氣體流量為15 L/min時(shí)對焊縫的保護(hù)效果最佳,焊縫氣孔率最低約為2.1%[4]。

某機(jī)械廠在焊接法蘭盤時(shí)經(jīng)X射線探傷發(fā)現(xiàn)，焊縫中的氣孔缺陷較多，嚴(yán)重影響到了產(chǎn)品的質(zhì)量，最高時(shí)的不合格率可達(dá)15%以上。經(jīng)過對氣孔缺陷產(chǎn)生原因的研究和分析，找出了問題的根源所在，并提出改進(jìn)措施，使得該產(chǎn)品的不合格率大幅度下降，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到了合格標(biāo)準(zhǔn)。

2 影響氣孔產(chǎn)生的因素

2.1 焊件結(jié)構(gòu)

焊件的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 焊件結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 焊接工藝

法蘭盤的材質(zhì)為AlMg4.5Mn，焊接工藝參數(shù)如表1所示。

2.3 氣體主要來源

（1）空氣入侵

當(dāng)焊接區(qū)的保護(hù)措施不好時(shí)，周圍的空氣就會入侵到熔池中去，對焊縫的質(zhì)量造成重大影響。本文所述的企業(yè)地處多雨潮濕地區(qū)，一年中空氣相對濕度超過90%的天氣占約1/3，因此，空氣入侵是形成焊縫氣孔缺陷的主要原因?？諝庀鄬穸犬a(chǎn)生的氣孔主要是氫氣孔，空氣相對濕度與焊縫中氣孔的數(shù)量關(guān)系如圖2所示。

表1 焊接工藝參數(shù)

圖2 空氣相對濕度對焊縫中氣孔數(shù)量的影響

（2）焊材、母材攜帶的水分

焊材和母材表面的氧化膜Al2O3和MgO會吸附空氣中的水分，隨著焊接過程的進(jìn)行，這部分水分會進(jìn)入到熔池中去。另外，鋁鎂類金屬具有較強(qiáng)的溶解氫的能力（液態(tài)鋁的氫溶解度為0.69mL/100g），在生產(chǎn)該類金屬及其附屬產(chǎn)品時(shí)，如果加工工藝存在問題，將會有大量的氫固溶在金屬內(nèi)部[5]。

（3）保護(hù)氣體中所含的水分

焊接鋁鎂合金時(shí)，常用的保護(hù)氣體時(shí)氬氣，當(dāng)氬氣中混入水分時(shí)，也會對焊縫質(zhì)量造成影響。

（4）操作者的水平

操作者的水平也是影響焊縫質(zhì)量的一個(gè)重要因素。

3 防止措施

3.1 消除氣體來源

（1）消除環(huán)境氣體來源

經(jīng)過多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在其它方面的條件都符合要求的前提下，僅當(dāng)天氣變化時(shí)（雨天和晴天）進(jìn)行比較，雨天施焊時(shí)的產(chǎn)生氣孔缺陷的概率明顯高于晴天，說明空氣相對濕度是影響焊縫質(zhì)量的重要因素。鑒于以上原因，焊接時(shí)最好選擇天氣晴朗、空氣干燥的時(shí)候焊接，雨天、霧天應(yīng)停止工作。

（2）消除保護(hù)氣體中的水分來源

采用純度高于99.96%的氬氣，必要時(shí)對保護(hù)氣體進(jìn)行干燥。

3.2 改進(jìn)焊接工藝

（1）坡口制備

坡口角度為60°+5°，上坡口為正偏差，端部磨出倒角。

（2）焊前清理

用丙酮擦洗焊絲表面及坡口兩側(cè)50mm范圍內(nèi)的區(qū)域，去除表面油污；用不銹鋼鋼絲刷去除焊絲表面的氧化膜；用棒式合金砂輪清理坡口處的氧化膜。清理后及時(shí)焊接。

（3）焊前預(yù)熱

焊接前對坡口附近200～300mm的范圍進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為100℃。

（4）焊接

焊接時(shí)，必須始終保持焊絲端頭處于氬氣的保護(hù)中，焊縫的點(diǎn)固、打底、蓋面都應(yīng)連續(xù)進(jìn)行。

3.3 選擇水平高超的操作者

操作者的水平也是影響焊縫質(zhì)量的一個(gè)重要因素，因此在焊接時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量選擇高水平的操作者。

4 結(jié)論

綜合各方面的因素進(jìn)行改進(jìn)，明顯的提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，產(chǎn)品的一次合格率達(dá)到了96%以上，不合格產(chǎn)品的缺陷程度也明顯降低，通過返修，可達(dá)到100%合格。改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的方法不止一種，但有些方法會使得生產(chǎn)成本增加，效率降低。因此在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，要根據(jù)情況選擇最高效節(jié)能的方法。