焊接工藝對鎳基焊縫氣孔的影響

張琦

摘 要：針對焊接工藝對于鎳基焊縫氣孔的影響，我們利用告訴攝像機和顯微鏡對拍攝的照片將油污，送絲速度，保護氣體和焊接電流等作為變量，對焊縫氣孔進行研究和發(fā)現(xiàn)。實驗結(jié)果證明：利用鎢極氬弧對鎳基進行焊接時，會產(chǎn)生氣泡，正因為存在氣泡，所以可以證明有氣孔的存在。利用光學(xué)顯微鏡對微觀組織進行研究，可以看出，送絲速度和保護氣體對鎳基中的氣泡有主要的影響。但是在變動其他可選擇項時，并沒有明顯的變化。研究證明送絲速度和保護氣體是對鎳基氣泡產(chǎn)生變化的主要因素。

關(guān)鍵詞：焊接工藝;鎳基;鎢極氬弧

引言：鎳基合金是一種具有超強的強度，和一定的抗腐蝕能力的綜合合金。鎳基合金可以運用于很多的領(lǐng)域，例如海洋，環(huán)保，能源，石油化工，食品都能看到鎳基合金的身影。隨著中國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，各個領(lǐng)域?qū)τ诤辖鸬男枨笈c要求都越來越高。鎳基合金與不銹鋼材料進行對比，鎳基合金具有合金元素含量較高、熱膨脹系數(shù)較小的優(yōu)點。但是，由于鎳基合金也具有一些下缺點，所以，本文以鎢極氬弧為主要研究材料，通過不斷的更換焊接工藝來研究焊接工藝對鎳基焊縫氣孔的影響。

1 實驗制備與方法

1.1實驗制備

（1）材料：利用鎢極氬弧來進行實驗，可以有效的減少合金元素的損失。使用的鎢棒直徑為φ4.0 mm。焊接材料為φ0.9 mm的焊絲。

（2）焊接設(shè)備：我們使用NERTAMATIC 450自動等離子焊接系統(tǒng)對鎢極氬弧進行焊接。

（3）焊接工藝：在此實驗中我們?yōu)榱搜芯繗饪资侨绾巫屝纬傻?。在焊接的部分中，在焊縫中的焊絲表面認為的添加油污，通過添加油污來將氣體引入氣孔源。不僅如此，為了研究焊接工藝對于鎳基焊縫氣孔的影響，在不同的實驗中將送絲速度，焊接電流和保護氣體作為不同的變量進行研究。

1.2實驗方法

為了研究觀察在焊接過程中熔池中產(chǎn)生的氣孔的形態(tài)，在實驗中采用高速攝像機對產(chǎn)生的氣孔進行。為了便于拍攝，將攝影機擺放在焊縫旁邊，對焊接的過程做全程的攝像記錄。為了進一步觀察焊縫金屬中是否會產(chǎn)生氣泡。我們使用電火花線對焊縫金屬進行切割， 切取不同位置的焊縫， 用顯微鏡進行分析。

2 實驗結(jié)果

通過高速攝像機對焊接過程進行拍攝，

可以看出，由于焊材中的Ca、Ti等元素，導(dǎo)致在焊接時，焊道表面形成了大量的Ca 、Ti熔渣。因為焊材的熔點比鎢極氬弧的熔點低。所以與進入熔池中的氧形成了氧化物。由于形成的氧化物的密度比較小。所以會浮在喊道的表面，從而形成大量的熔渣。當(dāng)氣孔從熔池中溢出之后，熔渣減少，大量的氣泡聚集在焊道側(cè)壁的融合區(qū)域附近。由圖可知，盡管在焊接是采用雙氣道保護，也仍然無法避免熔渣的產(chǎn)生。氣泡溢出，主要是由于以現(xiàn)在的研究水平，依舊沒有辦法克服液態(tài)金屬的粘力。同時要求，氣孔的溢出速度>液態(tài)金屬的凝固速度，這樣氣體才可以溢出，據(jù)此可以得出公式;

根據(jù)公式可以得出，在焊接時，氣泡的半徑越大，氣泡越容易溢出。氣泡是由于液態(tài)金屬在凝固時沒有及時的將殘留在金屬中的氣泡排除而形成的。氣泡的星廚主要有兩方面的因素。第一是行核，由于能量起伏（自由能下降）、結(jié)構(gòu)起伏（半徑達到一定尺寸的晶肧）3.濃度起伏。晶界處濃度分布不均勻，容易形成濃度起伏和結(jié)構(gòu)起伏，再一個晶界處空位，位錯多，原子擴散能力強。第二是穩(wěn)定增長，只有穩(wěn)定增長，才能保證氣泡可以逐漸形成。小氣泡通過不斷地相互吞并，形成大氣泡并且逐漸的向上漂浮，最后溢出焊縫。然而，那些沒有吞并其他的氣泡，由于沒有達到溢出的條件，所以留在了焊縫中，最后形成了氣泡。通過告訴攝像機的拍攝，我們可以觀察到焊縫金屬中存在氣孔源，并不能明確的說明焊縫中是否真的存在氣孔。

3 分析與討論

3.1分析

（1）焊接工藝對氣孔形成的影響

沿著焊接的方向，在距離起弧端面30 mm的地方， 間距約

50 mm， 用線切割出6個歡度為35mm，厚度為10mm的切片，這六個切片的編號分別為T1、T2、T3、T4、T5、T6?？梢杂^察出，氣孔是否存在是血藥看焊縫金屬中是否存在氣源體核焊和焊接接工藝參數(shù)設(shè)計是否準確所影響的。通過實驗可以證明，焊接工藝對于氣孔的形成沒有直接的影響。

（2）油污對氣孔的影響

在焊絲的表面添加油污后的焊縫金屬微觀外貌，焊道不同位置的氣孔尺寸大小也不相同。有的是幾微米，有的是幾百微米。正因為如此，在一些位置，氣孔的尺寸很小，例如在焊接起始端，氣孔的直徑很小，大概是5微米。所以在焊接起始端。用儀器就很難探測出氣孔的存在，所以，不能很明確的證明油污對與氣孔的產(chǎn)生有影響。

（3）送絲速度對氣孔的影響

在此實驗中，我們把送絲的速度作為變量，分別做增大、減小的變化。在將送絲的速度在原有的速度基礎(chǔ)上增加一倍后，對焊縫界面的微觀組織進行觀察，發(fā)現(xiàn)表面有少量的缺陷。在將送絲速度下降到原有速度的二分之一后，在界面上幾乎沒有缺陷。根據(jù)實驗結(jié)表明，在使用鎳基焊材鎢極氬弧焊時，在降低送絲速度后，可以有效的減少焊縫金屬中的氣泡。

（4）保護氣體對氣孔的影響

為了研究保護氣體對于焊縫氣孔的影響，使用保護氣體對焊縫進行作用。將保護氣體由50 L/min降低至25.15 L/min。在減少保護氣體之后，在焊縫中，奧氏體的組織有氣孔的產(chǎn)生，但是氣孔的尺寸和密度并沒有受到影響。所以，氣體的產(chǎn)生與保護氣體的流量有很大的關(guān)系。由于鎢極氬弧焊的焊接特點具有流動性較差的焊接特點，所以如果繼續(xù)降低保護氣體，會對焊接的質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響。

3.2討論

根據(jù)上文實驗可以知道，在使用鎳基進行焊縫時，焊縫中一定會產(chǎn)生氣孔。但是，相較而言產(chǎn)生的氣孔大多數(shù)為單個的小氣孔，氣孔的密度比較低。通過高速攝像機拍攝的圖片可以看出，在焊接時，大多數(shù)的氣體會以氣泡的形式溢出液態(tài)金屬的表面來?？傮w而言，焊接工藝不會對氣泡的產(chǎn)生有很大的影響。同時，油污也不會直接影響細孔的產(chǎn)生。但是，送絲速度和保護氣體會對氣孔產(chǎn)生很大影響。因此我們只要控制好送絲的速度和保護氣體的流量，就可以減少氣孔對于焊接時鎳基焊縫的影響。

4 結(jié)論

（1）在焊接過程中，我們利用高速攝像機拍攝的圖片可以看出，在焊接時，表面會存在少量? 的氣泡。

（2）通過顯微鏡可以看出，焊接頭中的氣孔具有密度低，尺寸小的特點。

（3）實驗證明，焊接的工藝和焊接時的電流不會使焊縫的金屬產(chǎn)生氣孔，但是，送絲速度和油污會使焊縫中產(chǎn)生大量的氣孔。

參考文獻：

[1]趙曉兵、魯艷紅 焊接工藝對鎳基焊縫氣孔的影響;有色金屬材料與工程;上海

[2]莫文林 B、Ti和Nb對鎳基合金焊縫金屬組織、缺陷和性能的影響[D]. 北京： 中國科學(xué)院大學(xué)， 2015.

[3]RAO Y K. Stoichiometry and thermodynamics of metallurgical processes[M]. New York： Cambridge university press， 1985.