鋁合金MIG焊氣孔的成因及消除措施

彭勇軍

1. 概述

鋁合金MI G焊時，焊縫容易產(chǎn)生氣孔，這由于焊絲是以細小熔滴形式通過弧柱進入熔池，由于弧柱溫度高，且熔滴比表面積大，有利于熔敷金屬吸收氫；同時，MI G焊時的熔池熔化母材的深度較大，由于鋁合金金屬的密度小，冷卻速度快，不利于熔池中的氣泡逸出，導致焊縫產(chǎn)生氣孔。 從焊接生產(chǎn)來分析，導致焊縫產(chǎn)生氣孔主要有焊接現(xiàn)場濕度的控制；焊接區(qū)的水分、臟物和氧化膜；焊接保護氣體的純度；焊絲表面是否受潮和氧化；焊接設備的影響；焊工的操作技能等。為查找現(xiàn)場焊縫產(chǎn)生氣孔的原因，我們通過焊接性試驗及采取相應的檢驗方法來驗證解決措施的有效性。

2. 現(xiàn)場情況及原因分析

（1）現(xiàn)場的濕度控制 現(xiàn)場采用大型空調(diào)進行整體除濕和控溫。現(xiàn)場濕度在45%～60%內(nèi)，符合鋁合金焊接生產(chǎn)濕度控制要求。由于下午工作結(jié)束后，大型空調(diào)會自動關(guān)閉，到了次日上班時間再啟動。這樣，造成在非工作時間段，現(xiàn)場的盤狀焊絲的外表層受潮。

（2）焊絲 首先，焊絲儲存庫房面積45 ～50m2，高3.2～3.5m，庫房空間偏大，且靠窗戶部位與其他房間能夠形成少量的空氣對流。庫房內(nèi)有一臺含水箱除濕機，除濕機降濕形成的水仍然存在于庫房中。這樣，造成庫房內(nèi)的焊絲除濕效果有限。

其次，現(xiàn)場使用的盤狀焊絲有三家品牌。三家焊絲焊接出來的焊縫都存在氣孔超標的情況。

由于鋁合金焊絲易受大氣條件的影響，焊絲在海運和陸地的物流過程中，存在包裝破損的可能。包裝破損將導致盤狀焊絲被受潮和氧化。

從盤狀鋁合金焊絲生產(chǎn)之日算起，鋁合金焊絲在外包裝不破損的情況下，存儲時限有一年和兩年的之分。焊絲超過期限后，焊絲在使用前應全面檢查：即焊絲是否吸潮或氧化應通過焊接性試驗來檢測焊縫氣孔是否超標，確認超過期限能否用于焊接生產(chǎn)。

存儲時限為一年的焊絲，其內(nèi)包裝材料為透明的塑料薄膜；存儲時限為兩年的焊絲，其內(nèi)包裝材料為鋁制壓膜。

由于三家品牌焊絲為透明的塑料薄膜包裝，存儲時限不足一個月時間就將到期，不能完全排除焊絲導致氣孔產(chǎn)生這一因素。

（3）保護氣體 現(xiàn)場使用的焊接保護氣體最初是A生產(chǎn)廠家提供純度為99.999%Ar，因使用效果不佳，又試用了B生產(chǎn)廠家分別提供純度為99.999%Ar和99.9995%Ar。由于現(xiàn)場的三種焊接保護氣體焊接出來的焊縫都存在氣孔超標現(xiàn)象，不能完全確認哪一種保護氣體可用于焊接產(chǎn)生。

（4）焊前清理 對于鋁合金焊接，焊前清理是十分重要的環(huán)節(jié)。它分為兩個步驟：第一步，使用丙酮對工件清洗，去除油污或其他污漬；第二步，用不銹鋼絲去除焊縫區(qū)域內(nèi)的氧化膜。經(jīng)確認現(xiàn)場操作人員在焊前清理過程中無疏漏項點，排除因焊前清理未執(zhí)行到位而導致氣孔產(chǎn)生的原因。

（5）焊接設備 現(xiàn)場的5臺焊機全部是福尼斯TPS—5000數(shù)字化焊接電源，采用推拉式焊槍。

經(jīng)了解：5臺焊機是新購設備，半年前全部通過了焊接性檢驗，且在焊接生產(chǎn)中沒發(fā)現(xiàn)焊縫有明顯的氣孔產(chǎn)生。設備經(jīng)過一段時間的使用后，逐漸發(fā)現(xiàn)焊縫有較多的氣孔產(chǎn)生。

（6）焊工的焊接操作 在焊絲、氣體、焊機相同的情況下，個別焊工因焊槍的操作角度不當，焊接試板焊縫斷口的氣孔量較其他焊工明顯多一些。

3. 解決措施

（1）現(xiàn)場的濕度控制 針對在非工作時間段現(xiàn)場空調(diào)的關(guān)閉，導致焊絲的外表層最先受潮這一情況，采取提前1～2h啟動空調(diào)，以降低現(xiàn)場在焊絲外表層的受潮程度。

（2）焊絲 首先，選擇相對密閉、空間較小的房間來作為焊絲儲存庫房，除濕機加裝排水管把降濕形成的水引到庫房外。

其次，在焊工、氣體、焊機相同的情況下，通過焊接性試驗最終確認一種相對氣孔產(chǎn)生較少的焊絲來作為最終焊接試驗的焊絲。

（3）保護氣體 在焊工、焊絲、焊機相同的情況下，通過焊接試板的比對，最終確定B生產(chǎn)廠家純度為99.9995%Ar作為最終焊接試驗的焊接保護氣體。

（4）焊前清理 現(xiàn)場操作人員需鞏固執(zhí)行焊前清理這一重要環(huán)節(jié)，避免因清理不徹底而導致焊接氣孔問題的出現(xiàn)。

（5）焊接設備 首先，焊接試板時，焊接電弧穩(wěn)定，不存在電弧不穩(wěn)定導致焊縫產(chǎn)生氣孔的因素。

其次，對焊機送絲機構(gòu)檢查，發(fā)現(xiàn)送絲輪表面存在含油脂的鋁粉塵。鋁粉塵產(chǎn)生原因和對焊縫的影響：由于焊接現(xiàn)場對焊縫打磨時需要涂上油脂性的打磨膏，打磨時形成附帶著油脂的粉塵飄散到焊機的送絲機構(gòu)內(nèi)，隨著時間的延續(xù)，導致送絲輪表面存在含油脂的鋁粉塵。對于MI G焊而言，焊絲的持續(xù)輸送是通過送絲輪和導絲軟管的來完成的，送絲輪表面存在含油脂的鋁粉塵會導致導絲軟管和焊絲在輸送過程中被污染，最終使焊縫產(chǎn)生氣孔。

解決措施：第一步，拆卸導絲輪后，用清洗劑對導絲輪的表面和導絲槽進行清洗，去除油脂，如附圖所示。第二步，從焊槍槍纜取出導絲管后，使用氬氣吹出導絲軟管內(nèi)的鋁粉塵或更換新的導絲軟管。

最后，焊機由于使用過純度較低的焊接保護氣體，純度較低氬氣相對純度高的氬氣雜質(zhì)高。氬氣雜質(zhì)包含H2O、O2、N2、C等化學指標；經(jīng)過一段時間的焊接，H2O易于積存于焊機的導氣管內(nèi)壁，導致后期焊接時焊縫容易產(chǎn)生氣孔。另外，對于長時間沒有使用的MI G焊機，其導氣管內(nèi)壁同樣易于積存潮濕空氣中的水份。

解決措施：第一步，把焊機和送絲小車之間的中繼線擺直，以利于氣管內(nèi)壁的水分的排除；第二步，旋下送絲小車后部的導氣管與小車連接的螺帽；第三步，把導氣管入氣端口對準氬氣瓶瓶口，打開氣閥，把氬氣表的氣體流量調(diào)節(jié)至最大，使用氬氣將氣管內(nèi)壁積存的少量水分排除，時間控制在8～10mi n；第四步，清理后重新安裝導氣管與小車連接的螺帽。

（6）焊接操作 焊工在焊接操作過程中，應降低噴嘴高度，一般控制在10～18mm內(nèi)；焊槍角度以75°～85°為宜。

4. 焊接性試驗方法

（1）焊前準備 采用單面焊雙面成形方法，選用福尼斯TPS－5000數(shù)字化焊接電源，焊槍為推拉式；純度為99.9995%Ar；牌號5087，φ 1.2mm焊絲；規(guī)格300mm×100mm×10mm，材質(zhì)6082，坡口角度為35°；對接橫焊，采用3層6道方式施焊。

（2）焊接參數(shù) 焊接參數(shù)如附表所示。

（3）試板檢驗 通過對以上產(chǎn)生氣孔的原因進行分析及采取解決措施后，每臺焊機進行焊接性試驗。焊后對焊接試板進行X射線拍片及焊縫的斷口檢查。

清洗送絲輪

5. 結(jié)語

對5臺焊機產(chǎn)生氣孔的原因采取一系列的解決措施后，通過焊接性試驗，經(jīng)外觀檢查、X射線拍片及斷口檢查焊縫氣孔問題得到有效解決，焊縫達到I SO10042缺陷質(zhì)量等級的B級要求。焊接設備用于生產(chǎn)后，對產(chǎn)品焊縫進行PT檢查，沒發(fā)現(xiàn)氣孔缺陷。

焊接參數(shù)