熔化極氬弧焊焊接工藝及氣孔防范措施

劉美悅

沈陽中航機電三洋制冷設備有限公司 遼寧沈陽 110000

熔化極氬弧焊被廣泛應用于汽車制造、工程機械、船舶制造等行業中，焊縫的內在質量和外觀質量都很高，目前已經成為焊接重要結構的首選方法之一。在焊接過程中合理的焊接工藝參數，以及生產過程中氣孔缺陷的有效防范具有深遠研究意義。

1 熔化極氬弧焊工作原理

焊接時，氬氣或富氬氣體從焊槍噴嘴中噴出，保護焊接電弧及焊接區，焊絲由送絲機構向待焊處送進，焊接電弧在焊絲和焊件之間燃燒，焊絲被電弧加熱熔化，形成熔滴過渡到熔池中。冷卻時，由焊絲和母材金屬共同組成的熔池凝固結晶，形成焊縫[1]。

2 熔化極氬弧焊工藝參數

焊接工藝參數選擇原則，首先根據板厚，接頭形式和焊縫的空間位置，選擇焊絲直徑，焊接電流，同時考慮熔滴過渡形式，選擇電弧電壓，焊接速度，焊絲伸出長度，氣體流量。

2.1 焊接電流和焊接電壓

通常是根據焊件的厚度及焊縫熔深來選擇焊接電流及焊絲直徑。根據焊接電流匹配合適的焊接電壓，電壓的大小決定了電弧的長短和熔滴的過渡形式，對焊縫成形，飛濺，焊接缺陷以及力學性能有很大的影響。

焊接電壓對焊接過程和對金屬與氣體間的冶金反應的影響均比焊接電流大，且隨著焊絲直徑的減小，焊接電壓影響的程度越大。

實現短路過渡的條件之一是保持較短的電弧電壓，即低電壓。焊接電壓過低，電弧引弧困難，焊絲會扎入熔池，電弧也不能穩定燃燒。焊接電壓過高，則由短路過渡轉變為粗滴的長弧過渡，焊接過程不穩定。電壓加大后，電弧變長，電弧挺直性差，飛濺會加大，同時電弧的加大也會造成咬邊。

2.2 焊接速度

在焊件厚度、焊接電流及焊接電壓等其他條件確定的情況下，速度增加，焊縫熔深及熔寬均減小，焊絲熔敷量減小，焊縫余高減小。熔池冷卻速度加大，焊縫塑性降低，不利于成形，速度過快也可能會發生咬邊。速度過慢，熔敷金屬在電弧下堆積，電弧熱和電弧力受阻礙，焊道不均勻，焊縫組織粗大。一般，焊接速度以不超過5m/min為宜。

2.3 焊絲干伸長

其他參數不變時，焊絲伸出長度增加，焊接電流會下降，熔深會減小。

焊絲伸出長度過長時，焊絲容易過熱而成段熔斷，飛濺嚴重，焊接過程不穩定。同時，由于噴嘴與工件間的距離加大，氣體保護效果也變差。焊絲伸出長度過短時，噴嘴容易堵塞，另外，還會使導電嘴過熱而夾住焊絲，燒毀導電嘴。根據生產經驗，合適的焊絲伸出長度一般為焊絲直徑的10-12倍。

2.4 保護氣體流量

熔化極氬弧焊要求保護氣體具有良好的保護效果，如果保護不良，將產生焊接質量問題。保護氣體從噴嘴流出時如果能形成較厚的層流，將有較大的保護范圍及良好的保護作用。但是如果流量過大或過小，就會造成絮流，保護效果不好。因此，對于一定孔徑的噴嘴，都有一個合適的保護氣體流量范圍。

2.5 電流極性的選擇

熔化極氬弧焊一般采用直流反接（工件接負極），此極性的選擇可以實現飛濺小，熔深深，焊縫成形好，且熔滴過渡過程穩定。

3 常見焊接缺陷

3.1 氣孔分類、成因及防范措施

（1）H2氣孔。定義：斷面形狀如螺釘狀，焊縫表面看呈喇叭口型形，氣孔四周有光滑內壁。

形成機理：水蒸氣分解出的H+溶入金屬中，在熔池冷卻過程中，H+的溶解度降低，析出并聚集成H2氣團，不能及時逸出到熔池外部時，就造成了H2氣孔。

防范措施1：檢測氣體純度，符合CO2:99.5%，Ar：99.995%的純度要求，

接班及小休對管路氣體進行放氣，對CO22進行干燥除水處理。

防范措施2：母材表面清洗干凈，保證表面無藥劑，銹跡、油污殘留。

防范措施3：焊絲存放在干燥通風的室內倉庫，離地面、墻壁不小于300mm，以免焊絲受潮，含水分，產生H2氣孔。

（2）N2氣孔。定義：成堆出現，蜂窩狀，多是由于氣體保護不好，空氣侵入所致。

形成機理：電弧高溫下，N2，2N，分解，合成，通常分解量較低，在熔池冷卻的過程中，N的溶解度急劇下降，N原子析出并相互聚集在一起形成N2分子，隨后逐漸增多，形成氣泡，并力求從熔池中逸出，如果熔池凝固過快，就會在其中形成N2氣孔。

防范措施1：按照清理頻次對焊槍噴嘴及時清理，單絲焊接，噴嘴口徑20mm，

清理頻次1次/100件，避免噴嘴堵塞，氣體保護效果不佳。

防范措施2：檢測管路壓力，保證運行壓力0.5MPa以上，避免由于氣體管路壓力不足，造成保護效果差。

防范措施3：流量計每季度清理一次，保證氣流通暢。

防范措施4：保護氣體送氣管每周點檢，破損時更換，避免保護氣體泄漏。

防范措施5：焊槍距離不宜過遠，焊絲伸出長度一般為焊絲直徑的10-12倍。

防范措施6：焊室內排風保證焊接時關閉，焊接結束時打開，避免焊室內氣體絮流或保護氣體被排風抽出。

防范措施7：焊室內部氣缸氣管上方加防渣板，或氣管外套黃臘管防燙，防止氣管被燙漏，低壓空氣吹到焊接區，造成氣體保護不良，此故障現象氣孔位置固定。

防范措施8：操作者使用風扇，避免直吹焊接區，造成氣體保護不良，形成N2氣孔。

3.2 CO 氣孔

定義：由于冶金反應產生了大量的CO，在結晶過程中來不及逸出殘留在焊縫內部，沿結晶方向分布，形態為條蟲狀。

形成機理：主要形成在碳鋼中，因為碳鋼中含有一定的碳量，當焊接時，發生冶金反應，FeO+C=CO+Fe，產生大量的CO，CO不溶于金屬，在高溫時就會以氣泡的形式從熔池中高速逸出，并不會形成氣孔，熔池開始凝固時，熔池金屬粘度增大，CO氣孔不易逸出，同時吸熱反應，加速凝固速度，CO來不及逸出，便產生了沿結晶方向的內氣孔，如焊絲脫氧能力不足時，氣孔也有可能由內部轉至外部。

防范措施：限制焊絲或鋼板中含碳量，保證足夠的Si、Mn等脫氧元素[2]。

4 結語

合理的焊接工藝參數及操作規范，可以有效防止焊接缺陷，提高焊接質量，在熔化極氬弧焊的實際生產中，我們要理論與實踐相結合，不斷總結經驗，不斷提升焊接水平，使熔化極氬弧焊焊接技術得到最好的發揮。