浅析铝和铝镁合金熔化极氩弧焊气孔产生及预防

陈志涛 徐义言 王玉林

摘要：本文介绍了铝和镁合金焊缝气孔产生的原因及影响因素，通过焊接试验和生产实践提出了防止气孔产生的措施。

关键词：铝和铝镁合金焊接;气孔;防止措施

引言

随着国防工业和石油化学工业的发展，中厚铝板及铝合金大量用于制造压力容器等产品，近年来，我厂协同有关单位进行了铝和铝合金大电流熔化极自动和半自动氩弧焊试验研究工作。在此基础上，先后成批生产了纯铝、铝镁合金（LF2，LF3）压力容器。生产实践表明：焊缝中的气孔是纯铝和铝镁合金熔化极自动氩弧焊的主要缺陷。因此，了解气孔产生的条件，掌握防止气孔产生的措施，是保证获得高质量焊缝的重要环节。

1.铝和铝镁合金焊缝气孔产生原因及分析

1.1气孔产生的根源

铝和铝镁合金焊缝中的气孔主要是由氢引起的。氢的来源有：焊丝和板材中溶解的氢及其表面氧化膜吸附的结晶水;氩气中的氢和湿气;焊接时由于保护不好空氣中的氢和水气进入焊接熔池等。铝在焊接时，焊缝中能否产生气泡首先取决于溶入氢的浓度，在溶入氢的浓度小于0169cm3/100g时，形成气泡的可能性极小。但在实际焊接过程中，由于某些因素控制不严，在电弧高温作用下，溶解于铝中氢的浓度就会大于0169 cm3/ 100 g，此时气孔的产生主要取决于结晶速度：当结晶速度快到恰好抑制了气泡的形成，则氢只能饱和固溶于焊缝金属中，而不以气泡形式逸出，气孔就会发生;当结晶速度足够慢，已形成的氢气泡来得及逸出焊缝溶池时，也不会形成气孔;当结晶速度正好使气泡能够形成而来不及逸出时便产生气孔。实际生产中发现铝镁合金对氢的溶解度较大，对气孔的敏感性比纯铝低，出现的气孔比较少。

1.2气孔的种类及影响气孔产生的因素

铝和铝合金焊缝出现的气孔，根据其分布特点可以分为：链状气孔，网状气孔和密集气孔，分散和单个气孔，微气孔等。气孔的分布特点与其产生的原因有关系，各类气孔的分布特点及其生产的原因分析如下。

1.2.1链状气孔

这种气孔的产生是由于某一恒定因素起作用，从而使氢连续地、大量地溶入熔池内而来不及逸出时产生的

1.2.2网状气孔和密集气孔

网状气孔和密集气孔其表现形成是不同的，而产生的原因却有共同性，均是由于某种因素使氢在某一瞬间大量溶入熔池而产生的

1.2.3分散及单个气孔

这2种气孔表现在数量上有较大区别，而产生的原因有共同性，也是由于某种因素瞬间作用的结果。如坡口或焊丝局部被污染，弧长波动引起氩气保护被破坏就会产生分散气孔，有时由于焊丝受阻不能正常送下，使电弧拉长也会出现这类气孔。因此，单个和分散气孔受偶然因素影响较大，这种气孔在焊缝中是较难避免的。

综上所述，气孔是由于熔池中溶解氢而产生的，氢的来源是多方面的，因此气孔产生的原因是多种因素综合作用的结果，其中一些是偶然的、瞬时的因素。所以，铝及铝镁合金的焊接除了加强对焊丝和板材清理，注意选择合适的焊接规范以外，还要结合生产实际，总结积累可能引起气孔的偶然因素，并加以克服。

2消除气孔的措施

通过上述分析，为了防止气孔产生，可以采取以下措施。

2.1焊丝和板材彻底消除氧化膜，适当控制清洗后至施焊的间隔时间，并防止表面重新污染。

2.1.1焊丝的清洗

焊丝的清洗质量直接影响着焊缝的质量，必须严格按规定的程序进行清洗。

（1）把焊丝捆成小捆（以自动焊焊一圈的数量为宜），捆得尽量松一些，以保证与清洗溶液充分接触。

（2）把焊丝置于浓度5 %～10 %的近沸点状态的苛性钠溶液中反应3～5 min，并翻动焊丝1～2 次，及时地把反应过程中浮在液面上的油污清除掉，取出焊丝后立即放入水池中，越快越好。

（3）在流动的冷水中清洗。

（4）在浓度为35%左右的硝酸水溶液中光化2～3 min。

（5）在流动的冷水中清洗。

（6）放入100℃左右的烘干炉中烘30 min，然后存放于炉中，随用随取。

每批焊丝清洗之前，需观察原有苛性钠溶液是否有较多的反应沉淀物存在，如果沉淀物较多，应重新更换溶液，这一点在清洗过程中需要特别注意。清洗好的焊丝在1周左右的时间内均可使用，如果间隔时间过长，则需重新清洗后再使用。

2.1.2板材坡口的清洗

板材坡口也采用化学清洗方式。一般用气焊枪加热坡口处至50～60 ℃，涂上浓度为10 %左右的苛性钠溶液于坡口周围100 mm范围内，然后用冷水冲洗干净，再涂上35 %左右的硝酸溶液光化处理2～3 min后用冷水冲洗，干燥后进行对装焊接。板材坡口清洗也就注意将碱液和碱洗后的反应物清洗干净。在焊接前最好用丙酮擦一下坡口处，用细铜丝刷一下，以清除对装过程中可能带入的脏物。

2.2采用强规范施焊，增大焊接电流。正常施焊时，电弧要控制在稍短的弧长范围内，即电弧发出“苏”间“叭”的声音，保持熔滴在半射流过渡形成。

2.3必须经常注意焊炬的保护性能，焊完一道焊缝后及时消除飞溅物。每次施焊前要检查焊炬的同心度。

2.4使用的氩气纯度要保证≥99.98%，露点为- 45 ℃。如果含有较多的水汽要通过干燥装置净化。

2.5根据板厚尽量选用粗焊丝。

3结束语

综上所述，通过对铝和铝镁合金熔化极氩弧焊气孔产生的原因分析，及预防措施，对焊接技术的发展有一定的推动作用，并且推动了我国工业的进步和发展。

参考文献

[1] 周万盛、姚君山.铝及铝合金的焊接，机械工业出版社，2006.

（作者单位：中车长春轨道客车股份有限公司）