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摘要：气孔是铝合金TIG焊焊接工艺中常见的缺陷，本文结合焊接实践，对气孔缺陷类型和气孔形成原因进行了深入分析，并总结出了其产生的规律，为采取何种工艺措施，避免气孔的产生，积累了一定的技术资料。
关键词：铝合金，TIG焊接，气孔，焊缝
铝合金由于比重轻，强度高，可焊性好以及良好的加工成型性能、耐腐蚀性能，被广泛用于各种结构的焊接，但焊接过程中，气孔是最常见的焊接缺陷，气孔的出现不仅影响焊缝质量，而且还会降低焊接接头的承载能力，使焊缝的塑性，冲击强度降低很多，以致于焊缝致密性遭破坏，因此了解气孔类型，产生的条件，掌握防止气孔产生措施，是获得高质量焊接接头的重要条件。
1.气孔的特征和类型
气孔是焊接时熔池中的气泡在凝固时未能逸出而残留在焊缝金属中所形成的空穴，是TIG焊中常见的也是主要的一种焊接缺陷。其形状有球形、椭圆形、旋风形、条虫形等。在焊缝内部的称内部气孔，露在焊缝表面的称外部气孔。气孔的大小不等有时是单个的，有时是密集在一起或是沿焊缝连续分布。
根据其分布特点和形貌特征，可分为集中焊缝中部和根部的密集气孔、接近焊缝表层的皮下气孔、以及存在于熔合区边界的氧化膜气孔；有球形、椭圆形、条虫形等。
（1） 局部密集气孔：熔池结晶时，氢的脱溶析出可能聚集在晶枝间大量存在的微小孔穴，形成密集的微小气孔，熔池完全结晶时，气泡未能上浮逸出，形成局部密集气孔。
（2） 皮下气孔：焊缝结晶过程中，当液态铝从高温冷却接近凝固点时，液态铝中的氢由于溶解度下降而脱溶形成气泡，在氢气泡上浮过程中，上浮速度低于熔池冷却速度，已上浮至熔池表面附近的氢气泡来不及逸出而残留在焊缝表层，从而形成皮下气孔。
（3） 氧化膜气孔：在熔合区的边界处，由于母材坡口附近的氧化膜未能熔化，氧化膜有很强的吸水性，氧化膜在电弧高温作用下分解析出氢，并在氧化膜上形成气泡，熔池结晶后形成气孔，多数呈圆形或椭圆形，分布不均。
2.铝合金焊缝气孔产生原因的分析
焊件在焊前要进行表面清洗，除锈、去油污、去灰尘等杂质；钨极承载电流的能力有限，过大的电流会引起钨棒的熔化和蒸发，其微粒有可能进入熔池而出现夹钨，所以TIG焊的焊接电流会受到钨棒限制，故焊接速度较小，生成效率较低；TIG焊采用的氩气纯度较高，通常要求达到99.9%以上，且氩弧焊机又较复杂，因此TIG焊的成本较高；氩弧受周围气流影响较大，不适宜在室外和有风处进行操作。TIG焊可用于几乎所有金属和合金的焊接，但由于其成本较高，通常用于铝、镁、钛、铜等有色金属以及不锈钢、耐热钢等，由以上分析可知TIG焊是一种可以获得较高力学性能且焊缝成形美观，通常来焊接一些工件厚度较小的薄壁结构零件，而材料大多是不锈钢、耐热钢、高温合金。
铝合金焊缝形成气孔的原因主要有以下几个方面:
（1） 氢的影响：焊接区的氢来自于诸多方面，零件及焊丝表面的油脂、水分、锈蚀，保护气体含有水分以及钢材冶炼时残留的氢等。在电弧高温作用下，不断地向液体熔池内部扩散和溶解。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因为氢在高温下的铝液中溶解度较大，当温度急剧下降时，溶解度也会降低。
（2） 操作不当：如焊枪离试件距离过高，焊枪角度和操作方法不正确，空气中有害气体卷入电弧中，使电弧中氢含量增加，导致不能形成良好气体保护，焊缝形成气孔可能性增大。
（3） 保护气体的影响： 氩气和氦气是铝合金气体保护焊最常用的两种保护气体，均属惰性气体，两者的热物理特性具有很大的差异，其电弧的特性、熔滴过渡的形式以及焊接熔池的特性明显不同。氩弧电弧电压和能量密度较低，射流过渡时易得到“指状”熔深，熔池形状为“指状”时凝固速度快，气体跑不出来产生气孔。
（4） 喷嘴直径的影响：喷嘴直径过大，氩气保护区域增大，但阻挡操作视线，限制操作位置。直径过小，氩气保护区域小，保护效果不良。空气中有害气体易侵入，易产生气孔，使焊缝质量下降。
（5） 氩气流量的影响：氩气流量过大，易造成气体浪费，而且会产生紊流，将空气卷入保护区，降低保护效果；过小，保护气体挺度不够，阻隔周围空气的能力弱，使保护效果变差，产生气孔倾向增大。
（6） 焊枪与焊件的位置：夹角过小，内侧产生紊流，外侧氩气挺度不够，气体保护效果变差，易产生气孔。
3.焊接工艺对气孔的影响
气孔是体积性缺陷，对焊缝的性能影响很大其危害性主要是会降低焊缝的承载能力。这是因为气孔占据了焊缝金属一定的体积，使焊缝的有效工作截面面积减小，因而也就降低了焊缝的力学性能，使焊缝的塑性特别是弯曲和冲击强度降低得更多。如果气孔穿透焊缝表面，特别是穿透接触介质的焊缝表面，介质存在于孔穴内，当介质有腐蚀性时，将形成集中腐蚀，孔穴逐渐变深、变大，以致腐蚀穿孔而泄漏。从而破坏了焊缝的致密性，严重时会由此而引起整个金属结构的破坏。所以防止焊缝中产生气孔，保证焊缝的焊接质量，应引起高度的重视。
3.1.焊接方法的影响
不同焊接方法对电弧气氛中水分的敏感性不一样，氢的吸附速度和吸附数量也有明显差异。TIG焊时，主要是熔池金属表面与气体氢反应，比表面积小，熔池温度低于弧柱温度，吸收氢的条件不如MIG焊有利。
3.2.焊接电流的影响
选用的电流值比合适的电流值小时，电弧空间没有足够能量。熔滴的冲击力不能使坡口、钝边外的氧化膜较完全的被击碎，氧化膜吸附的结晶水与液态铝发生作用产生氢，使液态金属中的氢的浓度增加，熔池结晶后形成气孔。当焊接电流超过一定限值时，焊接过程稳定性变差，易产生飞溅和气孔。
3.3.电弧长度影响
电弧过长，增大了喷嘴与焊件之间的距离，保护效果变差，会产生分散气孔。长弧焊时，焊丝从小熔滴过渡的方式进入熔池，单位长度焊丝所形成的熔滴表面积大，通过电弧空间时间较长，焊丝氧化膜结晶水分解为氢的可能性增大，氢溶入熔滴数量增多。电弧过短，钨极与焊件易碰撞发生短路，产生夹钨，以及无法正常施焊。
3.4.焊接速度的影响
焊速太快，熔池存在时间较短，焊丝氧化膜分解出来的氢向熔池侵入，熔池结晶时来不及逸出，形成气孔；以及空气阻力对保护气层的影响，遇侧向气流的侵袭，使保护气层偏离钨极和熔池，保护效果变差，产生气孔。
结语
经过对铝合金TIG焊气孔缺陷的类型和产生原因的分析，根据气孔的来源和引起气孔形成的因素所在，截断气孔来源的途径和选择合适的焊接参数及焊接方法，避免铝合金TIG焊气孔缺陷的出现或者减少气孔的形成，为铝合金TIG焊焊接接头的质量和强度具有深远的意义。
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论文作者:李学成,安晶
论文发表刊物:《防护工程》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/17
标签：气孔论文; 熔池论文; 电弧论文; 气体论文; 铝合金论文; 焊丝论文; 电流论文; 《防护工程》2018年第36期论文;