双面对称氩弧焊对消除铝合金焊接缺陷的作用
【论文摘要】对常见的铝合金焊接缺陷进行了分析，介绍了双面氩弧焊对降低焊接缺陷，保证焊接质量的重要作用。
关键词：铝合金气孔双面对称氩弧焊
青岛港港口机械厂
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2010年8月16日
铝合金耐腐蚀性好、低温强度高、密度低，在各行各业发挥着愈来愈重要的作用。随着国民经济的飞速发展，铝合金在石油化工和低温工程等方面的需求量猛增，广泛用于管道、存储料仓制造，而且由于比重小，制造同等容积的仓储空问，比用其它材料要节约。但铝合金焊接操作难度大，容易出现焊接缺陷如气孑L、热裂纹、夹渣等。以某聚苯乙烯(Ps)装置铝料仓的焊接为例，介绍获得优质焊接接头的焊接工艺措施和双面对称氩弧焊操作方法，对铝合金容器的制造成型有一定的应用价值。
1 铝合金焊接中常见的焊接缺陷
1．1 气孔
常见的气孔有两种：集中型大气孔和分散型小气孔。集中型大气孔大多分布在熔合线附近或沿坡口根部的表面上，断面呈圆形，尺寸较大，数量不多；散布的小型气孔常布满整个焊缝的截面，断面呈圆形，尺寸小，数量多。铝合金焊接时产生的气孑L主要是氢气孔，而不是氮气或一氧化碳气孔，因为氮不溶于铝中，铝中又不含有碳或碳化物，因此不具有产生氮气孔和一氧化碳气孔的条件。
1．1．1 氢气孔产生机理
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，尤其在液态转化成固态时，溶解度会急剧降低，从0．69 L／(1OOg)降到0．036 L／(1OOg)，相差近20倍 。因此，如果高温时在熔池中溶解了较多的氢，在熔池凝固结晶时就要大量析出，但是如果熔池结晶的速度很快，氢来不及析集成气泡逸出，就会残留在焊缝里形成气
孔。由于铝液态转变为固态时氢的溶解度突变比其它金属强烈，固态铝中氢的溶解度又比较小，加之铝的密度小，气泡上浮速度慢；铝的导热性强，熔池存在时问短，这些都使得铝及铝合金焊接时产生气孔的倾向增大。由于铝镁合金的液体熔池很容易吸收气体，高温下溶人大量气体，在焊后冷却凝固过程中来不及析出，而聚集在焊缝中形成气孔。熔池中氢的来源主要有两个方面：一是电弧气氛中的氢，即来自保护气体中的水分和侵入电弧空间的空气中的水分，在电弧高温作用下分解出氢原子，向熔池中溶解；二是氧化膜中的水分，即母材和焊丝表面的氧化膜(尤其是较厚而且疏松的氧化膜)极容易吸附水分，当母材和焊丝熔化时，这些水分有一部分来不及蒸发，随氧化膜进入熔池，并分解出氢。通常，来自电弧气氛中的氢容易产生分解型小气孔，而来自氧化膜中水分的氢容易产生集中型大气孑L，这是因为电弧气氛中的氢被高温熔池吸收后，在熔池冷却过程中，过饱和的氢在焊缝的多树枝晶粒边界析集，首先要形成气泡核，然后才形成小气泡。当结晶速度快、小气泡来不及长大时，就会形成数量多而分散的小气孔。而氧化膜中的水分可以随氧化膜进入熔池，氧化膜不仅提供氢的来源，而且可以作为气泡核心，氢依附在氧化膜上萌生小气泡的时间比较早，比较容易聚集长大，因此能形成集中型的大气孔。当焊接过程中氩气流量小，喷嘴内不干净或有水气；焊速过快，氩气不纯，钨极伸出过长等都会引起水分在熔池的侵入，从而产生气孔。
1．1．2 氢气孔的防治措施
1)为了减少电弧气氛中的氢，要尽可能减少由焊接材料(如氩气、焊
丝、焊剂等)带入的水分。氩弧焊时，要严格限制氩气中的水分，氩气纯度要求在99．9％ 以上，通气管路、焊嘴要保持清洁干燥，不要在焊前长时间通冷却水，以免凝结水汽。
2)焊接参数的选择。钨极氩弧焊时，由于焊丝表面的氧化膜对气孔的影响比较突出，此时，减少熔池存在时间，难以有效地防止焊丝氧化膜分解出来的氢向熔池侵入，因此宜采用大的焊接电流和较慢的焊接速度焊接，以延长熔池存在的时间，使气泡逸出。而且保护气流量的大小也同时影响到气孔的产生，氩气流量小，氩气挺度不够，排除周围空气能力弱，熔池保护效果差。但是流量过大，不仅浪费氩气，增加成本，而且会引起喷出气流层流区缩短，紊流区扩大，将空气卷入保护区，反而降低了保护效果，使焊缝易产生气孔。因此，必须选择合适的氩气流量。氩气流量与喷嘴直径大小有关 。氩气的纯度对焊接质量也有较大的影响。氩气纯度低、杂质多，可增加弧柱气氛中氢的含量，同时也降低“阴极雾化”效果。
1．2 热裂纹
焊接铝及铝合金时有可能产生两种热裂纹：
焊缝中的结晶裂纹和近缝区中的液化裂纹。
1．2．1 焊缝结晶裂纹
铝及铝合金焊缝中产生结晶裂纹，如同其它金属一样，也是由于焊缝在结晶过程中晶间产生液态薄膜和接头承受较大的应力共同作用的结果。但对于铝及铝合金，这两个作用更加强烈。铝合金都存在一个较大的结晶温度区间，而且，如果铝合金中存在其它元素或杂质的时
候，还可能产生低熔点共结晶物，使有效的结晶温度区间进一步增大，这使得焊缝金属在结晶时，在晶粒之间容易产生使晶间联系削弱的液态薄膜；另一方面，铝合金的线膨胀因子比较大，比铁高出约一倍，焊缝金属结晶时还将产生较大的应力。这两者的共同作用，使得铝合金焊缝产生结晶裂纹的倾向比较大。
1．2．2 近缝区液化裂纹
铝及铝合金近缝区产生液化裂纹也与焊接时近缝区晶问产生液态薄膜和同时承受拉应力有关。当铝合金母材中含有较多低熔点共晶物时，焊接时可提前熔化，有可能在晶间产生液态薄膜。同时，近缝区金属不平衡的加热过程导致组分液化，也可能在晶问产生液态薄膜。
1．3 夹渣
铝合金焊接时产生的夹渣有氧化铝夹渣、钨夹渣等。A1 0 的熔点高达2 050 cc，难以熔化，因此进入熔池后易形成夹渣；钨夹渣主要是由于钨极氩弧焊时电极过热熔化，或电极与熔池或焊丝接触造成的；所以当焊工在焊接操作过程中发现这种问题时应该及时停下来消除缺陷，如果电极温度过高或者由于烧损而钝化，则应该及时更换电极。 2 铝合金焊接中双面氩弧焊工艺
2．1 双面氩弧对称焊的特点
双面氩弧对称焊比单面焊反面清根方法效率要高，而且更容易消除焊接缺陷，保证焊接质量。铝镁合金熔点低，易熔化，但其比热和熔化潜热大，导热率大，局部加热较困难。焊接时，必须采用能量集中，功率大的焊接设备，以使其有较大的热源。采用双面氩弧焊完全可以
满足这样的要求。由于铝镁合金的液体熔池很容易吸收气体，高温下溶人大量气体，在焊后冷却凝固过程中来不及析出，而聚集在焊缝中形成气孔。双面氩弧对称焊在正反面均有氩气对熔池进行有效保护，减少空气对熔池的侵入；而正反两面的电弧对熔池的搅拌作用加大，也更有利于入侵气体的析出，并且一般状况下可以免除预热工序；铝镁合金在高温下的强度和塑性低，易产生塌陷，而双面焊时正反面电弧的推力完全可以阻挡液铝熔池的塌陷趋势，并使焊缝正反面成型良好；双面对称焊对工艺和清理要求严格，焊接时焊工必须经过培训合 格后方可施焊，而且施焊过程中讲求对焊双方的紧密配合，对焊工的操作有较高要求。
2．2 双面氩弧对称焊坡口型式
坡口准备、组对方式(见图1～3)和焊接工艺
参数的选择对防止气孔产生至关重要。
焊接纵缝