论文部分内容阅读
摘要：本文结合多年的实际生产积累的焊接经验，对手工钨极氩弧焊焊接时出现气孔的问题进行分析、归纳、总结，并提出一些处理方法和注意事项。应用到了生产和电焊工培训中，有效地减少了气孔的产生，提高了整体焊接合格率。
关键词：钨极氩弧焊 气孔 问题分析
中图分类号：P755.1 文献标识码：A 文章编号：
1．前言
氩弧焊是以惰性气体“氩气”作为保护气体的一种电弧焊方法，氩气从喷嘴中喷出，在焊接区形成惰性气体保护层，隔绝了空气的侵入，从而对电弧及熔池形成保护。该焊接方法有很多优点：保护效果好，焊接质量高，不会产生飞溅，焊缝成形美观；焊接变形小，可实现单面焊双面成形，保证根部焊透，能进行各种位置的焊接；可以焊接各种金属和合金；电弧燃烧稳定，明弧操作，无熔渣，容易实现自动化。因此，在实际生产中得到广泛应用。但由于氩弧焊抗风能力弱，对铁锈、水、油污特别敏感，对气体的纯度、坡口清理、焊接工艺等要求严格，容易产生气孔。本文结合施工现场焊接经验，通过对氩气、焊接材料、管材材质、钨极以及焊接工艺的影响，分析总结出一套较实用的发现及解决气孔产生的方法。
2．氩气的影响
2.1氩气的纯度：焊接碳钢的氩气纯度不低于99.7%，焊接铝不低于99.9%，而焊接钛和钛合金用的氩气纯度高达99.99%。
2.2检测氩气纯度方法：
2.2.1在打磨干净的钢板或管子上不加焊丝进行焊接，然后在焊道上多次重熔，如果有气孔，则说明氩气不纯。
2.2.2 焊接时，电弧周围有非常小的火星也说明氩气不纯。
2.2.3焊接时钨极端部为银白色，说明保护效果好，如果钨极发蓝，说明气体不纯或者保护效果差。
2.2.4当氩气的纯度接近焊接要求时，并不能检测出来，当在有间隙的焊口上焊接时就会在焊缝的根部出现气孔，或者在盖面时出现表面气孔，或者焊道表面氧化严重发黑。
2.3 氩气流量： 氩气流量过大，气体流速太快，经过喷嘴时形成的近壁层流很薄，气体喷出后，很快紊乱，而且容易把空气卷入，对熔池保护效果变差。氩气流量过小，抗风干扰能力弱。所以氩气的流量一定要合适，气流要稳定。氩气流量=喷嘴直径（mm）×（0.8～1.2）
2.4 气带漏气： 气带接口或者气带漏气造成焊接时气量过小、空气被吸入气带内，从而造成保护效果不好。
2.5 风的影响： 风稍大，会使氩气保护层形成紊流，从而造成保护效果不佳。因此，风速＞2m/s时要采取防风措施；焊接管子时，要把管口堵住，避免在管内形成穿堂风。
2.6 焊枪喷嘴的影响： 喷嘴直径过小，当电弧周围的氩气有效保护范围小于熔池时，就会造成保护不好而形成气孔。尤其是室外作业、焊接大管子时更要用较大直径的喷嘴和气体流量。喷嘴直径=（2.5～3.5）×钨极直径。
2.7 焊枪喷嘴与工件的距离：
2.7.1距离小，对侧风的影响敏感度小。距离大，抗风能力弱。
2.7.2第一层焊接时，由于坡口的保护作用，不会出气孔，但在盖面时焊枪喷嘴与工件距离大时就会出气孔。
2.8气瓶压力太小：压力小于1Mpa时停用。
2.9焊枪角度太倾斜：角度太倾斜，一方面把空气带入，另一方面造成长弧侧保护效果不好。
2.10压力表影响：压力表出气不稳，忽大忽小。
2.11焊枪配件不合适：钨极夹不配套，堵塞气路不流畅，保护气从喷嘴的一侧流出，不能形成完整的保护圈。
2.12操作的影响：在使用控制按钮的氩弧焊焊枪时，焊接前要先放气，以免气带内憋的压力过大，在引弧时出气流量瞬间过大，造成气孔。
3．焊接材料、材质以及钨极的影响
3.1焊丝型号的影响：根据不同的钢材级别选用合适的焊丝，一般焊接碳钢用牌号是ER50-6焊丝。
3.2焊丝不干净：焊丝表面有铁锈、油污、水将直接影响焊缝质量会出现大量的气孔。
3.3板材或管材质量的影响：有夹层、夹层中杂质、表面有铁锈、油污都能引起气孔。
3.4引弧时电弧上爬造成保护不好：当用高频引弧的设备时，刚引弧时钨极端部温度低，不具备足够的热发射电子能力，电子容易从有氧化膜的地方发射，沿电极上爬寻找有氧化物的地方发射，此时造成电弧变长，氩气对熔池的保护变差，当钨极的温度上升后，电子便从钨极的前端发射，电弧弧长相应变短。这时只要把钨极表面上氧化物打磨干净就可以排除。
3.5钨极端部的影响：端部不尖，电弧漂移不稳定，破坏氩气的保护区，使熔池金属氧化产生气孔。
4．焊接工艺的影响
4.1坡口清理：坡口面以及坡口里外侧20mm都要打磨干净，避免焊接时电弧产生的磁性把熔池附近的铁锈吸入熔池。
4.2焊接速度的影响：焊接速度过快，由于空气阻力对保护气流的影响，氩气气流会弯曲偏离电极中心和熔池，对熔池和电弧保护不好。因此焊接速度快时，同时增大气体的流量。
4.3 收弧方法的影响：收弧时采用衰减电流或加焊丝、把电弧带到坡口侧并压低电弧的收弧方法，不要突然停弧造成高温的熔池脱离氩气的有效保护，避免弧坑出现气孔或缩孔。
4.4 电流的影响：电流太小，电弧不稳定，电弧在钨极的端部不规则的漂移，破坏保护区。如果电流值超过了相应直径的钨极许用电流，由于电流密度太大，钨极端部温度达到或者超过了钨极的熔点，鎢极端部熔化，并在钨极端部形成圆球形，此时电弧在钨极端部漂移，很不稳定，这不仅破坏了氩气保护区，而且容易形成夹钨缺陷。
4.5钨极伸出长度的影响：喷嘴离工件的距离越近，保护效果越好，钨极伸出长度太长，氩气对电弧和熔池保护效果变差。钨极的伸出长度一般为5～6 mm。
5．焊接铝合金出气孔的原因
5.1铝的焊接性
5.1.1纯铝的熔点660℃，氧化铝的熔点有2050℃，造成夹杂和气孔，导热性好，冷却速度快，是钢的4～7倍，不利于气体的上浮。铝的密度小，不利于溶渣上浮，造成熔合不良和夹杂，强度降低。
5.1.2容易氧化，铝合金表面极易形成一层难熔的氧化膜,焊接时若不能将其及时有效清除,则会影响焊接质量，由于氧化膜能吸附大量水分,可促使焊缝产生气孔。
5.1.3容易产生氢气孔，氮不熔入液态铝，铝也不含碳，所以不会有氮气孔、一氧化碳气孔，氢大量熔于液态铝而不熔于固态铝，在结晶时液态铝中的氢析出形成气孔。铝的比重小，气孔上浮速度慢，铝的导热性和冷却速度快，所以氢气孔倾向大。氧化膜清理不干净时，吸收较多的水分在受热时分解生成气孔。
5.1.4MIG比TIG的气孔多，原因是MIG焊接时是溶滴过渡，表面积大，有利于吸氢，熔池体积也大。同时熔深大不利于气体的上浮。
5.2焊接工艺
5.2.1焊接前用丙酮化学清理，然后用不锈钢钢丝轮机械清理表面氧化膜，烘干焊件。
5.2.2输气导管:不要用塑料管，气密性不好，用不锈钢管子或者聚三氟乙烯塑料管、聚四氟乙烯内导管。
5.2.3焊丝表面质量要求：一般焊丝表面的氧化膜不致密，有较多空洞，易吸收水分，而且氧化膜厚度会增加。表面抛光过的焊丝表面有一层非常薄的氧化膜，而且非常致密，且不会再生长，不易吸潮，表面含氢量低，1～2年不发生变化。
5.2.4选用质量好的焊丝。
5.2.5背面充氩气保护。
5.2.6选用阴极破碎效果好的焊机。
5.2.7中、厚件要预热100度以下。厚板和铸造铝合金的焊接要预热250～300度。
6．工程应用
本人多年在中国石油天然气管道第二工程公司从事氩弧焊接工作，同时还负责对焊工进行氩弧焊培训工作。将自己总结的经验多次应用到氩弧焊接教学中，收到了很好的效果。多年来培训氩弧焊工1000余名，分别在国内外大型管道、站场、阀室的施工中起着重要的作用，焊口 X射线一次合格率均在98%以上，其中有8人在全国比赛中取得了较好名次。
7、结论
引起手工氩弧焊焊接时出气孔的因素固然很多，但只要了解氩弧焊的特点，根据实际情况逐一排查，排除所有引起氩弧焊出气孔的因素，就能在实际生产中提高焊接质量。
参考文献：
[1]于增瑞.钨极氩弧焊实用技术[M]. 北京：化学工业出版社.2004.
[2]王震禹.气体保护焊及设备[M]. 北京：国防大学出版社. 1982.
[3]刘云龙.焊工技师手册[M].北京：机械工业出版社. 1998.
[4]黄旺福.铝及铝合金焊接指南[M] . 长沙：湖南科学技术出版社.2004.
作者简介：
邵洪波，男，1971年出生，高级技师，本科文化，长期从事焊接、培训工作。
柯娜，女，1979年出生，工程师，本科文化，长期从事焊接培训教学工作，
关键词：钨极氩弧焊 气孔 问题分析
中图分类号：P755.1 文献标识码：A 文章编号：
1．前言
氩弧焊是以惰性气体“氩气”作为保护气体的一种电弧焊方法，氩气从喷嘴中喷出，在焊接区形成惰性气体保护层，隔绝了空气的侵入，从而对电弧及熔池形成保护。该焊接方法有很多优点：保护效果好，焊接质量高，不会产生飞溅，焊缝成形美观；焊接变形小，可实现单面焊双面成形，保证根部焊透，能进行各种位置的焊接；可以焊接各种金属和合金；电弧燃烧稳定，明弧操作，无熔渣，容易实现自动化。因此，在实际生产中得到广泛应用。但由于氩弧焊抗风能力弱，对铁锈、水、油污特别敏感，对气体的纯度、坡口清理、焊接工艺等要求严格，容易产生气孔。本文结合施工现场焊接经验，通过对氩气、焊接材料、管材材质、钨极以及焊接工艺的影响，分析总结出一套较实用的发现及解决气孔产生的方法。
2．氩气的影响
2.1氩气的纯度：焊接碳钢的氩气纯度不低于99.7%，焊接铝不低于99.9%，而焊接钛和钛合金用的氩气纯度高达99.99%。
2.2检测氩气纯度方法：
2.2.1在打磨干净的钢板或管子上不加焊丝进行焊接，然后在焊道上多次重熔，如果有气孔，则说明氩气不纯。
2.2.2 焊接时，电弧周围有非常小的火星也说明氩气不纯。
2.2.3焊接时钨极端部为银白色，说明保护效果好，如果钨极发蓝，说明气体不纯或者保护效果差。
2.2.4当氩气的纯度接近焊接要求时，并不能检测出来，当在有间隙的焊口上焊接时就会在焊缝的根部出现气孔，或者在盖面时出现表面气孔，或者焊道表面氧化严重发黑。
2.3 氩气流量： 氩气流量过大，气体流速太快，经过喷嘴时形成的近壁层流很薄，气体喷出后，很快紊乱，而且容易把空气卷入，对熔池保护效果变差。氩气流量过小，抗风干扰能力弱。所以氩气的流量一定要合适，气流要稳定。氩气流量=喷嘴直径（mm）×（0.8～1.2）
2.4 气带漏气： 气带接口或者气带漏气造成焊接时气量过小、空气被吸入气带内，从而造成保护效果不好。
2.5 风的影响： 风稍大，会使氩气保护层形成紊流，从而造成保护效果不佳。因此，风速＞2m/s时要采取防风措施；焊接管子时，要把管口堵住，避免在管内形成穿堂风。
2.6 焊枪喷嘴的影响： 喷嘴直径过小，当电弧周围的氩气有效保护范围小于熔池时，就会造成保护不好而形成气孔。尤其是室外作业、焊接大管子时更要用较大直径的喷嘴和气体流量。喷嘴直径=（2.5～3.5）×钨极直径。
2.7 焊枪喷嘴与工件的距离：
2.7.1距离小，对侧风的影响敏感度小。距离大，抗风能力弱。
2.7.2第一层焊接时，由于坡口的保护作用，不会出气孔，但在盖面时焊枪喷嘴与工件距离大时就会出气孔。
2.8气瓶压力太小：压力小于1Mpa时停用。
2.9焊枪角度太倾斜：角度太倾斜，一方面把空气带入，另一方面造成长弧侧保护效果不好。
2.10压力表影响：压力表出气不稳，忽大忽小。
2.11焊枪配件不合适：钨极夹不配套，堵塞气路不流畅，保护气从喷嘴的一侧流出，不能形成完整的保护圈。
2.12操作的影响：在使用控制按钮的氩弧焊焊枪时，焊接前要先放气，以免气带内憋的压力过大，在引弧时出气流量瞬间过大，造成气孔。
3．焊接材料、材质以及钨极的影响
3.1焊丝型号的影响：根据不同的钢材级别选用合适的焊丝，一般焊接碳钢用牌号是ER50-6焊丝。
3.2焊丝不干净：焊丝表面有铁锈、油污、水将直接影响焊缝质量会出现大量的气孔。
3.3板材或管材质量的影响：有夹层、夹层中杂质、表面有铁锈、油污都能引起气孔。
3.4引弧时电弧上爬造成保护不好：当用高频引弧的设备时，刚引弧时钨极端部温度低，不具备足够的热发射电子能力，电子容易从有氧化膜的地方发射，沿电极上爬寻找有氧化物的地方发射，此时造成电弧变长，氩气对熔池的保护变差，当钨极的温度上升后，电子便从钨极的前端发射，电弧弧长相应变短。这时只要把钨极表面上氧化物打磨干净就可以排除。
3.5钨极端部的影响：端部不尖，电弧漂移不稳定，破坏氩气的保护区，使熔池金属氧化产生气孔。
4．焊接工艺的影响
4.1坡口清理：坡口面以及坡口里外侧20mm都要打磨干净，避免焊接时电弧产生的磁性把熔池附近的铁锈吸入熔池。
4.2焊接速度的影响：焊接速度过快，由于空气阻力对保护气流的影响，氩气气流会弯曲偏离电极中心和熔池，对熔池和电弧保护不好。因此焊接速度快时，同时增大气体的流量。
4.3 收弧方法的影响：收弧时采用衰减电流或加焊丝、把电弧带到坡口侧并压低电弧的收弧方法，不要突然停弧造成高温的熔池脱离氩气的有效保护，避免弧坑出现气孔或缩孔。
4.4 电流的影响：电流太小，电弧不稳定，电弧在钨极的端部不规则的漂移，破坏保护区。如果电流值超过了相应直径的钨极许用电流，由于电流密度太大，钨极端部温度达到或者超过了钨极的熔点，鎢极端部熔化，并在钨极端部形成圆球形，此时电弧在钨极端部漂移，很不稳定，这不仅破坏了氩气保护区，而且容易形成夹钨缺陷。
4.5钨极伸出长度的影响：喷嘴离工件的距离越近，保护效果越好，钨极伸出长度太长，氩气对电弧和熔池保护效果变差。钨极的伸出长度一般为5～6 mm。
5．焊接铝合金出气孔的原因
5.1铝的焊接性
5.1.1纯铝的熔点660℃，氧化铝的熔点有2050℃，造成夹杂和气孔，导热性好，冷却速度快，是钢的4～7倍，不利于气体的上浮。铝的密度小，不利于溶渣上浮，造成熔合不良和夹杂，强度降低。
5.1.2容易氧化，铝合金表面极易形成一层难熔的氧化膜,焊接时若不能将其及时有效清除,则会影响焊接质量，由于氧化膜能吸附大量水分,可促使焊缝产生气孔。
5.1.3容易产生氢气孔，氮不熔入液态铝，铝也不含碳，所以不会有氮气孔、一氧化碳气孔，氢大量熔于液态铝而不熔于固态铝，在结晶时液态铝中的氢析出形成气孔。铝的比重小，气孔上浮速度慢，铝的导热性和冷却速度快，所以氢气孔倾向大。氧化膜清理不干净时，吸收较多的水分在受热时分解生成气孔。
5.1.4MIG比TIG的气孔多，原因是MIG焊接时是溶滴过渡，表面积大，有利于吸氢，熔池体积也大。同时熔深大不利于气体的上浮。
5.2焊接工艺
5.2.1焊接前用丙酮化学清理，然后用不锈钢钢丝轮机械清理表面氧化膜，烘干焊件。
5.2.2输气导管:不要用塑料管，气密性不好，用不锈钢管子或者聚三氟乙烯塑料管、聚四氟乙烯内导管。
5.2.3焊丝表面质量要求：一般焊丝表面的氧化膜不致密，有较多空洞，易吸收水分，而且氧化膜厚度会增加。表面抛光过的焊丝表面有一层非常薄的氧化膜，而且非常致密，且不会再生长，不易吸潮，表面含氢量低，1～2年不发生变化。
5.2.4选用质量好的焊丝。
5.2.5背面充氩气保护。
5.2.6选用阴极破碎效果好的焊机。
5.2.7中、厚件要预热100度以下。厚板和铸造铝合金的焊接要预热250～300度。
6．工程应用
本人多年在中国石油天然气管道第二工程公司从事氩弧焊接工作，同时还负责对焊工进行氩弧焊培训工作。将自己总结的经验多次应用到氩弧焊接教学中，收到了很好的效果。多年来培训氩弧焊工1000余名，分别在国内外大型管道、站场、阀室的施工中起着重要的作用，焊口 X射线一次合格率均在98%以上，其中有8人在全国比赛中取得了较好名次。
7、结论
引起手工氩弧焊焊接时出气孔的因素固然很多，但只要了解氩弧焊的特点，根据实际情况逐一排查，排除所有引起氩弧焊出气孔的因素，就能在实际生产中提高焊接质量。
参考文献：
[1]于增瑞.钨极氩弧焊实用技术[M]. 北京：化学工业出版社.2004.
[2]王震禹.气体保护焊及设备[M]. 北京：国防大学出版社. 1982.
[3]刘云龙.焊工技师手册[M].北京：机械工业出版社. 1998.
[4]黄旺福.铝及铝合金焊接指南[M] . 长沙：湖南科学技术出版社.2004.
作者简介：
邵洪波，男，1971年出生，高级技师，本科文化，长期从事焊接、培训工作。
柯娜，女，1979年出生，工程师，本科文化，长期从事焊接培训教学工作，