铝合金TIG焊气孔缺陷的类型和产生原因分析

李晓波+提学超

摘 要：气孔是铝合金TIG焊工艺中常见缺陷，本文结合焊接实践，对气孔缺陷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，积累一定的技术资料。

关键词：铝合金，TIG焊接，气孔缺陷

0引言：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，而且还会降低接头的承载能力，使焊缝的塑性，冲击强度降低更多，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，是获得高质量焊缝的重要条件。

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容穴，是铝合金TIG焊接中主要焊接缺陷。

（1） 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、鄰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。

（2） 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。

（3） 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。

（4） 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分析

焊缝中的气孔主要有氢气孔、氮气孔、CO气孔。由于氮不熔入液态铝，铝也不含碳，故铝及铝合金焊接焊缝中的气孔主要是由氢引起的，氢是产生气孔的根源。

（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。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） 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。

（4） 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。

（5） 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。

（6） 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。

（7） 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

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。

参考文献：

[1]周振丰.焊接冶金与金属的焊接性[M].北京：机械工业出版社，1998.

[2]游建颖.焊工[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2002.

[3]陈裕川.焊接工艺设计与实例分析[M].北京：机械工业出版社，2009.9.

[4]李亚江.刘强.王娟等.气体保护焊工艺及应用[M].北京：化学工业出版社，2009.8.

作者简介：

李晓波（1972.1—），男，汉族，四川成都，技师，主要从事焊接理论及实训教学工作。