空氣相對濕度對焊縫質(zhì)量的影響分析

王澤蔭

（甘肅機電職業(yè)技術(shù)學院，甘肅 天水 741000）

1 引言

焊縫中存在的氣孔缺陷，減少了焊縫的有效截面面積，降低了焊縫承受載荷的能力，局部還會引起應力集中，對焊接構(gòu)件的受力能力和使用壽命造成了嚴重的影響。造成焊縫氣孔缺陷的原因眾多，多年來一直是被關(guān)注和研究的重點對象。張鵬，薛松柏等人通過減壓凝固法、固態(tài)測氫法和X射線檢測分別研究了稀土元素Ce對Sr變質(zhì)的Al-5Si鋁合金焊絲熔體吸氫傾向、焊絲合金含氫量和焊縫氣孔率的影響[1]。崔博，張宏等人采用激光-電弧復合焊接技術(shù)研究了保護氣體成分、焊絲成分和超聲振動對焊接接頭氣孔率和氮含量的影響[2]。劉偉亮，江濤等人以1561鋁合金板脈沖MIG橫焊為研究對象,通過X射線探傷和顯微組織觀察，系統(tǒng)分析了不同焊接工藝參數(shù)對氣孔敏感性的影響[3]。馬秋杰，許祥平等人通過研究得知，采用MIG焊焊接6 mm厚的5083鋁合金時，選用φ(Ar)50%+φ(He)50%的混合氣體可以有效控制焊縫氣孔率；隨著保護氣體流量的增加,焊縫氣孔率先下降后上升,保護氣體流量為15 L/min時對焊縫的保護效果最佳,焊縫氣孔率最低約為2.1%[4]。

某機械廠在焊接法蘭盤時經(jīng)X射線探傷發(fā)現(xiàn)，焊縫中的氣孔缺陷較多，嚴重影響到了產(chǎn)品的質(zhì)量，最高時的不合格率可達15%以上。經(jīng)過對氣孔缺陷產(chǎn)生原因的研究和分析，找出了問題的根源所在，并提出改進措施，使得該產(chǎn)品的不合格率大幅度下降，產(chǎn)品質(zhì)量達到了合格標準。

2 影響氣孔產(chǎn)生的因素

2.1 焊件結(jié)構(gòu)

焊件的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 焊件結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 焊接工藝

法蘭盤的材質(zhì)為AlMg4.5Mn，焊接工藝參數(shù)如表1所示。

2.3 氣體主要來源

（1）空氣入侵

當焊接區(qū)的保護措施不好時，周圍的空氣就會入侵到熔池中去，對焊縫的質(zhì)量造成重大影響。本文所述的企業(yè)地處多雨潮濕地區(qū)，一年中空氣相對濕度超過90%的天氣占約1/3，因此，空氣入侵是形成焊縫氣孔缺陷的主要原因?？諝庀鄬穸犬a(chǎn)生的氣孔主要是氫氣孔，空氣相對濕度與焊縫中氣孔的數(shù)量關(guān)系如圖2所示。

表1 焊接工藝參數(shù)

圖2 空氣相對濕度對焊縫中氣孔數(shù)量的影響

（2）焊材、母材攜帶的水分

焊材和母材表面的氧化膜Al2O3和MgO會吸附空氣中的水分，隨著焊接過程的進行，這部分水分會進入到熔池中去。另外，鋁鎂類金屬具有較強的溶解氫的能力（液態(tài)鋁的氫溶解度為0.69mL/100g），在生產(chǎn)該類金屬及其附屬產(chǎn)品時，如果加工工藝存在問題，將會有大量的氫固溶在金屬內(nèi)部[5]。

（3）保護氣體中所含的水分

焊接鋁鎂合金時，常用的保護氣體時氬氣，當氬氣中混入水分時，也會對焊縫質(zhì)量造成影響。

（4）操作者的水平

操作者的水平也是影響焊縫質(zhì)量的一個重要因素。

3 防止措施

3.1 消除氣體來源

（1）消除環(huán)境氣體來源

經(jīng)過多次試驗發(fā)現(xiàn)，在其它方面的條件都符合要求的前提下，僅當天氣變化時（雨天和晴天）進行比較，雨天施焊時的產(chǎn)生氣孔缺陷的概率明顯高于晴天，說明空氣相對濕度是影響焊縫質(zhì)量的重要因素。鑒于以上原因，焊接時最好選擇天氣晴朗、空氣干燥的時候焊接，雨天、霧天應停止工作。

（2）消除保護氣體中的水分來源

采用純度高于99.96%的氬氣，必要時對保護氣體進行干燥。

3.2 改進焊接工藝

（1）坡口制備

坡口角度為60°+5°，上坡口為正偏差，端部磨出倒角。

（2）焊前清理

用丙酮擦洗焊絲表面及坡口兩側(cè)50mm范圍內(nèi)的區(qū)域，去除表面油污；用不銹鋼鋼絲刷去除焊絲表面的氧化膜；用棒式合金砂輪清理坡口處的氧化膜。清理后及時焊接。

（3）焊前預熱

焊接前對坡口附近200～300mm的范圍進行預熱，預熱溫度為100℃。

（4）焊接

焊接時，必須始終保持焊絲端頭處于氬氣的保護中，焊縫的點固、打底、蓋面都應連續(xù)進行。

3.3 選擇水平高超的操作者

操作者的水平也是影響焊縫質(zhì)量的一個重要因素，因此在焊接時應當盡量選擇高水平的操作者。

4 結(jié)論

綜合各方面的因素進行改進，明顯的提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，產(chǎn)品的一次合格率達到了96%以上，不合格產(chǎn)品的缺陷程度也明顯降低，通過返修，可達到100%合格。改進產(chǎn)品質(zhì)量的方法不止一種，但有些方法會使得生產(chǎn)成本增加，效率降低。因此在實際生產(chǎn)時，要根據(jù)情況選擇最高效節(jié)能的方法。