熔化極氬弧焊焊接工藝及氣孔防范措施

劉美悅

沈陽中航機電三洋制冷設(shè)備有限公司 遼寧沈陽 110000

熔化極氬弧焊被廣泛應(yīng)用于汽車制造、工程機械、船舶制造等行業(yè)中，焊縫的內(nèi)在質(zhì)量和外觀質(zhì)量都很高，目前已經(jīng)成為焊接重要結(jié)構(gòu)的首選方法之一。在焊接過程中合理的焊接工藝參數(shù)，以及生產(chǎn)過程中氣孔缺陷的有效防范具有深遠(yuǎn)研究意義。

1 熔化極氬弧焊工作原理

焊接時，氬氣或富氬氣體從焊槍噴嘴中噴出，保護焊接電弧及焊接區(qū)，焊絲由送絲機構(gòu)向待焊處送進，焊接電弧在焊絲和焊件之間燃燒，焊絲被電弧加熱熔化，形成熔滴過渡到熔池中。冷卻時，由焊絲和母材金屬共同組成的熔池凝固結(jié)晶，形成焊縫[1]。

2 熔化極氬弧焊工藝參數(shù)

焊接工藝參數(shù)選擇原則，首先根據(jù)板厚，接頭形式和焊縫的空間位置，選擇焊絲直徑，焊接電流，同時考慮熔滴過渡形式，選擇電弧電壓，焊接速度，焊絲伸出長度，氣體流量。

2.1 焊接電流和焊接電壓

通常是根據(jù)焊件的厚度及焊縫熔深來選擇焊接電流及焊絲直徑。根據(jù)焊接電流匹配合適的焊接電壓，電壓的大小決定了電弧的長短和熔滴的過渡形式，對焊縫成形，飛濺，焊接缺陷以及力學(xué)性能有很大的影響。

焊接電壓對焊接過程和對金屬與氣體間的冶金反應(yīng)的影響均比焊接電流大，且隨著焊絲直徑的減小，焊接電壓影響的程度越大。

實現(xiàn)短路過渡的條件之一是保持較短的電弧電壓，即低電壓。焊接電壓過低，電弧引弧困難，焊絲會扎入熔池，電弧也不能穩(wěn)定燃燒。焊接電壓過高，則由短路過渡轉(zhuǎn)變?yōu)榇值蔚拈L弧過渡，焊接過程不穩(wěn)定。電壓加大后，電弧變長，電弧挺直性差，飛濺會加大，同時電弧的加大也會造成咬邊。

2.2 焊接速度

在焊件厚度、焊接電流及焊接電壓等其他條件確定的情況下，速度增加，焊縫熔深及熔寬均減小，焊絲熔敷量減小，焊縫余高減小。熔池冷卻速度加大，焊縫塑性降低，不利于成形，速度過快也可能會發(fā)生咬邊。速度過慢，熔敷金屬在電弧下堆積，電弧熱和電弧力受阻礙，焊道不均勻，焊縫組織粗大。一般，焊接速度以不超過5m/min為宜。

2.3 焊絲干伸長

其他參數(shù)不變時，焊絲伸出長度增加，焊接電流會下降，熔深會減小。

焊絲伸出長度過長時，焊絲容易過熱而成段熔斷，飛濺嚴(yán)重，焊接過程不穩(wěn)定。同時，由于噴嘴與工件間的距離加大，氣體保護效果也變差。焊絲伸出長度過短時，噴嘴容易堵塞，另外，還會使導(dǎo)電嘴過熱而夾住焊絲，燒毀導(dǎo)電嘴。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，合適的焊絲伸出長度一般為焊絲直徑的10-12倍。

2.4 保護氣體流量

熔化極氬弧焊要求保護氣體具有良好的保護效果，如果保護不良，將產(chǎn)生焊接質(zhì)量問題。保護氣體從噴嘴流出時如果能形成較厚的層流，將有較大的保護范圍及良好的保護作用。但是如果流量過大或過小，就會造成絮流，保護效果不好。因此，對于一定孔徑的噴嘴，都有一個合適的保護氣體流量范圍。

2.5 電流極性的選擇

熔化極氬弧焊一般采用直流反接（工件接負(fù)極），此極性的選擇可以實現(xiàn)飛濺小，熔深深，焊縫成形好，且熔滴過渡過程穩(wěn)定。

3 常見焊接缺陷

3.1 氣孔分類、成因及防范措施

（1）H2氣孔。定義：斷面形狀如螺釘狀，焊縫表面看呈喇叭口型形，氣孔四周有光滑內(nèi)壁。

形成機理：水蒸氣分解出的H+溶入金屬中，在熔池冷卻過程中，H+的溶解度降低，析出并聚集成H2氣團，不能及時逸出到熔池外部時，就造成了H2氣孔。

防范措施1：檢測氣體純度，符合CO2:99.5%，Ar：99.995%的純度要求，

接班及小休對管路氣體進行放氣，對CO22進行干燥除水處理。

防范措施2：母材表面清洗干凈，保證表面無藥劑，銹跡、油污殘留。

防范措施3：焊絲存放在干燥通風(fēng)的室內(nèi)倉庫，離地面、墻壁不小于300mm，以免焊絲受潮，含水分，產(chǎn)生H2氣孔。

（2）N2氣孔。定義：成堆出現(xiàn)，蜂窩狀，多是由于氣體保護不好，空氣侵入所致。

形成機理：電弧高溫下，N2，2N，分解，合成，通常分解量較低，在熔池冷卻的過程中，N的溶解度急劇下降，N原子析出并相互聚集在一起形成N2分子，隨后逐漸增多，形成氣泡，并力求從熔池中逸出，如果熔池凝固過快，就會在其中形成N2氣孔。

防范措施1：按照清理頻次對焊槍噴嘴及時清理，單絲焊接，噴嘴口徑20mm，

清理頻次1次/100件，避免噴嘴堵塞，氣體保護效果不佳。

防范措施2：檢測管路壓力，保證運行壓力0.5MPa以上，避免由于氣體管路壓力不足，造成保護效果差。

防范措施3：流量計每季度清理一次，保證氣流通暢。

防范措施4：保護氣體送氣管每周點檢，破損時更換，避免保護氣體泄漏。

防范措施5：焊槍距離不宜過遠(yuǎn)，焊絲伸出長度一般為焊絲直徑的10-12倍。

防范措施6：焊室內(nèi)排風(fēng)保證焊接時關(guān)閉，焊接結(jié)束時打開，避免焊室內(nèi)氣體絮流或保護氣體被排風(fēng)抽出。

防范措施7：焊室內(nèi)部氣缸氣管上方加防渣板，或氣管外套黃臘管防燙，防止氣管被燙漏，低壓空氣吹到焊接區(qū)，造成氣體保護不良，此故障現(xiàn)象氣孔位置固定。

防范措施8：操作者使用風(fēng)扇，避免直吹焊接區(qū)，造成氣體保護不良，形成N2氣孔。

3.2 CO 氣孔

定義：由于冶金反應(yīng)產(chǎn)生了大量的CO，在結(jié)晶過程中來不及逸出殘留在焊縫內(nèi)部，沿結(jié)晶方向分布，形態(tài)為條蟲狀。

形成機理：主要形成在碳鋼中，因為碳鋼中含有一定的碳量，當(dāng)焊接時，發(fā)生冶金反應(yīng)，F(xiàn)eO+C=CO+Fe，產(chǎn)生大量的CO，CO不溶于金屬，在高溫時就會以氣泡的形式從熔池中高速逸出，并不會形成氣孔，熔池開始凝固時，熔池金屬粘度增大，CO氣孔不易逸出，同時吸熱反應(yīng)，加速凝固速度，CO來不及逸出，便產(chǎn)生了沿結(jié)晶方向的內(nèi)氣孔，如焊絲脫氧能力不足時，氣孔也有可能由內(nèi)部轉(zhuǎn)至外部。

防范措施：限制焊絲或鋼板中含碳量，保證足夠的Si、Mn等脫氧元素[2]。

4 結(jié)語

合理的焊接工藝參數(shù)及操作規(guī)范，可以有效防止焊接缺陷，提高焊接質(zhì)量，在熔化極氬弧焊的實際生產(chǎn)中，我們要理論與實踐相結(jié)合，不斷總結(jié)經(jīng)驗，不斷提升焊接水平，使熔化極氬弧焊焊接技術(shù)得到最好的發(fā)揮。