科技新时代2023年6期

铝和铝镁合金熔化极氩弧焊气孔及防止

申发明

中国航发哈尔滨东安发动机有限公司，黑龙江哈尔滨  150000

摘要：本文研究了铝和铝镁合金焊接过程中气孔的形成原因及防止方法，对熔化极氩弧焊气孔检测技术进行研究，通过优化焊接工艺参数、表面处理、保护气体能有效阻止氧化和气孔的发生。

关键词：铝和铝镁合金；熔化极氩弧焊气孔检测技术；气孔

铝和铝镁合金作为广泛应用的轻质高强度材料，其焊接质量对于工业应用的安全性和可靠性至关重要。然而，由于其特殊的物理和化学性质，焊接过程中容易产生气孔，从而影响焊缝的质量和强度。

1、铝和铝镁合金焊接的气孔形成原因

1.1 气体溶解度

铝和铝镁合金具有较高的气体溶解度，尤其是氢气。在焊接过程中，当电弧加热金属时，吸附在金属内部的氢气逐渐释放，形成气体泡沫，导致气孔形成。氢气的溶解度与焊接材料的温度和压力密切相关，因此，高温和高压条件下，气孔形成的风险更大。

1.2 氧化物含量

铝和铝镁合金表面容易形成氧化物层，该氧化物层在焊接过程中会被熔化并混入焊缝中。氧化物的存在不仅降低了焊接金属的表面张力，还会成为气体泡沫的核心，促进气孔形成。因此，在焊接前必须对材料表面进行充分的清洁和处理，以减少氧化物含量。

1.3 焊接速度

焊接速度过快可能导致熔融池冷却不均匀，使气体无法及时逸出，从而形成气孔。适当降低焊接速度可以增加焊缝的热输入，有利于气体的释放和减少气孔的形成。

1.4 焊接参数

焊接参数的选择对气孔的形成有直接影响。过高的电流和电压会导致过度的金属熔化，同时增加气体的产生。此外，不正确的电极角度和间隙也可能导致焊接过程中气孔的产生[1]。

1.5 氩气纯度

氩气是常用的保护气体，在焊接过程中用于防止金属与空气中氧气发生反应。然而，如果氩气纯度不高，含有杂质或水分，将增加气孔形成的风险。

1.6 气体流量控制

适当的气体流量可以有效保护焊接区域，并帮助排除产生的气体。过低的气体流量可能无法有效地将气体从焊缝中排出，从而导致气孔的形成。

图1  气孔图

2、熔化极氩弧焊气孔检测技术

熔化极氩弧焊气孔检测技术是在焊接过程或焊接后对焊缝中的气孔进行检测和评估的一系列方法和技术。及时准确地检测气孔对于确保焊接质量和强度至关重要。

2.1 X射线检测

    X射线检测是一种非破坏性检测方法，通过照射焊缝并测量透射X射线的强度来确定焊缝内部是否存在气孔。气孔的存在会导致X射线透射强度的变化，通过比对标准样本和参考值，可以对焊缝中的气孔进行检测和评估。

2.2 超声波检测

超声波检测是一种常用的非破坏性检测方法，可以用于检测焊缝内部的缺陷，包括气孔。超声波在焊缝中传播时，当遇到气孔等缺陷时，部分能量会被反射或散射，通过接收反射波和散射波的信号，可以确定焊缝中的气孔位置和大小。

2.3 磁粉检测

磁粉检测是一种常用于检测表面和近表面缺陷的方法，可用于检测焊缝表面的气孔。在磁化后，将铁粉或磁粉涂覆在焊缝表面，气孔会导致磁场发生变化，从而在气孔处形成明显的磁粉沉积，便于观察和检测。

2.4 液体渗透检测

液体渗透检测是一种敏感的表面缺陷检测方法，适用于检测焊缝表面的细小气孔。在涂覆了渗透剂的焊缝表面，经过一段时间后，渗透剂会渗入气孔并与显影剂反应，形成可见的缺陷标记。

2.5 声发射检测

声发射检测是一种实时监测焊接过程中缺陷产生的方法，通过检测焊缝中的声发射信号，可以快速捕捉气孔的形成过程。这种方法对于快速发现气孔形成的原因和位置具有重要意义，有助于及时调整焊接参数和工艺。

2.6 微焦点射线CT

微焦点射线CT技术是一种先进的三维成像方法，能够提供高分辨率的焊缝内部信息。通过对焊缝进行扫描，可以非常准确地检测和定位气孔等缺陷，同时获得焊缝内部的三维结构信息。

3、防止气孔发生的措施

3.1 优化焊接工艺参数

通过合理选择焊接电流、电压、焊接速度以及电极角度和间隙等参数，可以确保焊缝熔化池的稳定性和均匀性。实验数据显示，通过合理的焊接参数优化，气孔的产生率可以明显降低，焊接质量和强度得到显著提升。因此，优化焊接工艺参数对于提高焊接质量和生产效率具有重要意义。

3.2 表面处理

铝和铝镁合金的氧化物含量较高，其表面容易形成氧化层，这会在焊接过程中成为气孔形成的主要原因之一。因此，在焊接前对焊接接头进行充分的表面处理非常关键，以去除氧化层和其他污染物，确保焊接区域的清洁和净化。

表面处理的常见方法包括机械抛光、化学清洗和表面喷砂等。机械抛光是通过机械磨削或打磨的方式去除表面的氧化层和污垢，从而使焊接材料的表面得到光滑和干净。化学清洗是利用化学方法去除表面的氧化层和其他污垢，常用的清洗剂包括酸性或碱性溶液，可以有效地降低表面的氧化物含量。而表面喷砂则是利用高速喷射的砂粒将表面的氧化层剥离，从而减少表面的污染物和缺陷。除了去除氧化层外，表面处理还可以增加焊接材料的粗糙度，从而增加焊接面的接触面积，有利于焊接时熔化池的形成和稳定。同时，表面处理还可以提高焊接区域的表面张力，有助于焊接过程中的气体从焊缝中迅速逸出，减少气孔的形成。

3.3 气体保护

在焊接过程中，焊缝和熔化池会与周围的空气中的氧气和水蒸气发生反应，导致氧化和气孔的形成。因此，通过使用高纯度的惰性气体作为保护气体，可以有效地阻止氧气和水蒸气进入焊接区域，从而减少氧化和气孔的产生。

常用的保护气体是纯度高于99.99%的氩气。氩气是一种惰性气体，不与金属发生化学反应，因此非常适合作为焊接过程中的保护气体。在焊接过程中，氩气通过喷嘴从焊枪中喷出，形成一个保护气氛，覆盖焊缝和熔化池，阻止氧气和水蒸气的进入。除了氩气，氦气也可以用作保护气体，尤其在一些特殊的焊接应用中，如高功率激光焊接。氦气的热传导性比氩气高，可以提供更高的热输入，有利于加快焊缝的冷却速度，减少气孔的形成。

结语：

通过对铝和铝镁合金焊接过程中气孔形成原因的研究，我们深刻认识到焊接工艺参数、表面处理和气体保护等因素对于防止气孔的重要性。优化焊接工艺参数和合理选择保护气体，能够显著降低气孔的产生率，提高焊接质量和强度。同时，表面处理措施也对降低氧化物含量，减少气孔的形成起到关键作用。

参考文献：

[1]李欣,何永亮,孔汴莉等.5083铝合金厚板焊接工艺研究[J].机械工程师,2016(09):238-239.