钨极氩弧焊焊接空心球焊缝气孔的质量控制

韩利东

【摘 要】本文详细介绍了钨极氩弧焊在球形网架结构空心球焊接中常见的气孔缺陷的控制措施及方法，为空心球焊接质量的保证提供技术参考。

【关键词】钨极氩弧焊；空心球；气孔；控制

球形网架结构包括螺栓球形网架、焊接球形网架、焊接钢板网架等结构，其中焊接球形网架节点的优点是构造和制造均较简单，球体外形美观、具有万向性，可以连接任意方向的杆件，其缺点是由于球节点由两片等厚钢板压制成半球，经过修切边缘及坡口，然后组对焊接而成，焊接完成的空心球焊缝需要经过无损检测达到合格标准，因此对焊接质量的要求较为严格。空心球焊缝的焊接方法很多，钨极氩弧焊是焊接空心球常用的方法之一，但焊接中经常发现焊缝存在气孔缺陷，因此如何控制气孔的产生是钨极氩弧焊焊接空心球质量保证的关键。

1 气孔产生的机理分析

1.1 气孔的特点

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中所形成的孔穴，是钨极氩弧焊中常见的也是主要的焊接缺陷，其形状有球形、椭圆形、旋风形、条虫形等。在焊缝内部的称为内部气孔，露在焊缝表面的称为外部气孔。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。

1.2 气孔的形成及影响因素

焊接过程中熔池的周围充满着成分复杂的各种气体，这些气体主要来自周围的空气，焊件上的杂质如铁锈、油漆、油脂受热后产生的气体等。所有这些都不断地与金属熔池发生作用，一些气体通过化学反应或溶解等形式进入熔池，使熔池的液体金属吸收了相当多的气体，如果这些气体排出较快，就不会在熔池结晶后产生气孔，如果气体来不及排出熔池，就会残留在焊缝中形成气孔。

钨极氩弧焊焊缝中气体的生成往往是集中气体共同作用的结果，而起主要作用的气体是氢气和氮气。焊接区的氢气来自于各个方面，某些组成物的结晶水和工件表面杂质等都含有氢气的成分，同时钢中也可能含有，它们在电弧高温作用下形成气泡向外排出，在焊缝冷却过程中来不及浮出的氢气便会形成气孔。氮气主要来自空气，氮气在基本金属和焊缝中含量很少，在钢中和其他铁合金中是以氧化物固溶体及其他形式存在。氮气在钢中的溶解度随温度下降而剧烈变化，析出的氮气形成气泡从熔池中排出，来不及排出的气泡残留在焊缝中形成气孔，形成气孔是在没有足够充分的保护条件下使电弧和焊接熔池中的金属受到空气的作用而造成的。

2 防止气孔产生的措施

正确的焊接工艺及焊工的操作技能是防止气孔产生的基本途径。

2.1 工件和焊丝的焊前处理

钨极氩弧焊对油、锈、水特别敏感，极易产生气孔，因此对母材的表面质量要求较高。焊前必须经过严格的清理，对待焊工件坡口内外10-15mm范围内进行清理打磨，去除表面的氧化膜、油脂及水分等杂质，露出金属光泽，同时对焊丝表面的油脂、铁锈也要用砂纸进行打磨直到露出金属光泽。

2.2 氩气的纯度

氩气是惰性气体，具有高温下不分解和不与焊缝金属发生氧化反应的特性。氩弧焊时氩气纯度应当大于99.95%，要保证气路通畅，不得有堵漏现象发生。

2.3 喷嘴直径

喷嘴直径可由下面的经验公式确定：

D=（2.5-3.2）d

式中D为喷嘴直径，d为钨极直径，喷嘴直径一般为6-12mm。

2.4 钨极伸出长度

钨极伸出长度过大增大了喷嘴与工件之间的距离，使保护效果变差；伸出长度过小虽然保护效果好但会阻挡焊工视线，钨极与焊丝易碰撞发生短路使焊接无法进行。

2.5 焊接速度

焊接速度是主要的焊接参数之一。速度过快会使保护气体偏离钨极和熔池，使保护效果变差产生气孔，并且也影响焊缝的成形，所以施焊时必须选择合适的焊接速度。

2.6 提前送气滞后停气

引弧前3-4s送氩气使引弧处在气体保护中防止钨极与熔池发生氧化产生气孔，滞后停气可达到保护熔池缓冷的目的还可避免收弧处出现弧坑、裂纹、气孔等缺陷，因此必须掌握正确的息弧方法。

2.7 操作技能

操作技能的熟练程度是防止气孔的重要环节，焊枪、焊丝及工件之间要保持正确的位置和角度，动作要协调。施焊时电弧要平稳，电弧的高度要均匀一致，严禁忽高忽低，防止气体瞬间进入熔池产生气孔，同时要注意观察熔池的变化，提高对气孔的排出能力。全位置焊接时，焊枪、焊丝和工件相互间必须保持一定的距离，方向一般为由下向上焊接，即仰—立—平的顺序，收弧时要避免出现弧坑和缩孔并保证焊缝不低于母材。

在工程实践中，可以采用管管连接及板板连接的方式制作焊接工艺评定，以确定合理的焊接规范，保证焊缝的施工质量，在焊接中第一层焊缝起着至关重要的作用，其他层焊缝的焊接质量更多地体现在焊工技术水平上。

但是在实践中发现采用大规范施焊空心球，经过射线检测打底层焊缝会出现密集气孔缺陷，并沿焊缝方向连续分布。在排除坡口及两侧油锈的清理质量及氩气纯度等外部因素外，仍然存在密集气孔现象，有必要对这一现象进行进一步研究分析。

在实际操作中，采用大规范焊接空心球焊缝时发现熔池位置熔滴进入熔池时出现偏离正常的滴入方向而向空心球里侧偏离，而且明显感觉有一股吸引力将熔滴吸入空心球，造成操作难度明显加大。焊接完毕的焊缝经过射线检测发现内部存在密集气孔现象，经过用磨光机打磨至产生气孔位置发现气孔存在部位为打底层。

经过对这种现象的进一步分析，确定这是由于焊接过程中焊接温度高，空心球内部空气受热膨胀逸出，造成球内与球外气压不等，球内气压低而球外气压高，在焊接中，为了保证气压平衡，球外空气会冲破氩气保护层进入焊缝内，这种冲破氩气的作用力远远大于正常氩弧焊施焊时空气进入氩气保护层的作用力，使氩气无法起到有效的保护作用，熔池冷却后便在焊缝内部产生气孔，这种气孔为氮气孔，呈密集分布状态。

避免产生这种气孔的措施是尽量降低空心球内的温度，使空心球内的气体逸出速度降低，尽量保持球内与球外空气压力的平衡，为此尽量采用小规范焊接工艺施焊，经验表明，焊丝直径<1.6mm，钨极直径<2.0mm，可以有效避免这种气孔的产生。

综上所述，钨极氩弧焊焊接空心球焊缝时，气孔缺陷是主要解决的问题，在焊接中尽量采用小规范施焊，并进行焊接试验，确定合理的焊接工艺，以避免气孔缺陷的产生。

【参考文献】

[1]俞尚知，主编.焊接工艺人员手册[M].上海科学技术出版社.

[责任编辑：王楠]