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铝及其合金焊接气孔问题分析 哈尔滨锅炉厂技工学校 王滨涛 摘要：虽然已经应用铝及其合金焊成许多重要产品，但实际上并不是没有困难，主要的问题有：焊缝中的气孔，焊接热裂纹、接头“等强性”等。由于铝及其合金的化学活泼性很强，表面极易形成氧化膜，且多具有难熔性质（如Al2O3的熔点约2050℃ ，MgＯ熔点约为250０℃ ），加之铝及其台金导热性强焊接时密易造成不熔合现象。由于氧化膜密度同铝的密度极其接近，所以也容易成为焊缝金属的夹杂物。同时，氧化膜可以吸收较多水分而常常成为焊缝气孔的重要原因之一。本文针对焊缝中常见的气孔问题进行分析讨论。 关键词：铝及其合金、焊接气孔、问题分析 一、焊缝的气孔 铝及其合金熔焊时最常见的缺陷，是焊缝气孔，尤其是纯铝和防锈铝。 （一）铝及其合金熔焊时形成气孔的特点 氢是铝及其合金熔焊时产生气孔的主要原因，己为实践所证明。弧柱气氛中的水分、焊接材料以及母材所吸附的水分，都是焊缝气孔中氢的重要来源。 其中，焊丝及母材表面氧化膜的吸附水分，对焊缝气孔的产生，常常占有突出 的地位。 1．弧柱气氛中水分的影响　　孤柱空间总是或多或少存在一定数量的水分，尤其在潮湿季节或湿度大的地区进 行焊接时，由弧柱气氛中水分分解而来的氢，溶入过热的熔融金属中，可成为焊缝气孔的主要原因。这时所形成的气孔，具有白亮内壁的特征。 弧柱气氛中的氢之所以能使焊缝形成气孔，是和它在铝及其合金中的溶解度变化特性有关。由图可见. 图 氢在铝中的溶解度(PH2= 101kPa) 在平衡条件下，氢的溶解度将沿图中的实线发生变化，在凝固点时可从0.69突降到0.036ml/100g，相差约20倍（在钢中只相差不到2倍），这就是氢很容易使铝焊缝产生气孔的重要原因之一。况且铝的导热性很强，在同样的工艺条件下，铝熔合区的冷却速度可为高强钢时的4-7倍，不利于气泡浮出，更易于促使形成气孔。而实际的冷却条件下并非是平衡状态，溶解度变化不是图1中的实线，而是沿abc（冷却速度大时）或abc（冷却速度较小时）发生变化 。在熔池过热状态下的降温过程中，若冷却速度比较大，过热熔池在凝固点以上，由于a一b间的溶解度差所造成的气泡数量虽然不多，但可能来不及逸出，在上浮途中被“搁浅”而可形成粗大的孤立形式的所谓皮下气孔”。但如冷却速度较小，过热熔池中由于a一b间溶解度差而可能形成数量较多一些气泡，可能来得及聚合浮出，则往往不致产生气孔。而在凝固点时， 由于溶解度突变( b一c或b 一c )，伴随着凝固过程可在结晶的枝晶前沿形成许多微小气泡，枝晶晶体的交互生长致使气泡的成长受到限制，并且也不利于浮出，因而可沿结晶的层状线形成均布形式小气孔称为“结晶层气孔。 不同的合金系统，对弧柱气氛中水分的敏感性是不同的。所有铝合金焊缝可形成气泡的扩散氢含量及其吸收速率，都同气氛中氢分压的平方根成正比关系;但不同合金的焊缝，其吸氢速率以及氢以气泡形式促使产生气孔的临界的氢分压平方根值却是不同的。纯铝对气氛中水分最为敏感，只要超过0.12就可能出现气泡而促使产生气孔。而其他铝合金，除Al-Cu-Mn合金外，氢的溶解度均比纯铝时大，促使产生气泡的临界也均比纯铝对大；其中Al－Mg合金的含Mg量增高，氢的溶解度和临界均随之增大。因此，弧柱气氛中水分相同时，在同样焊接条件下，纯铝焊缝的气孔倾向要大些。 不同的焊接方法，对弧柱气氛中水分的敏感性也是不同的。TIG或MIG焊接时氢的吸收速率和吸收数量有明显差别。在MIG焊接时，焊丝是以细小熔滴形式通过弧柱而落入熔池，由于弧柱温度最高，且熔滴比表面积很大，熔滴金属显然最有利于吸收氢，而TIG焊接时，主要是熔池金属表面与气体氢反应，因其比表面积小和熔池温度低于弧柱温度，吸收氢的条件就不如MIG时有利。同时，MIG的熔池深度一般大于TIG对的深度，也不利于气泡的浮出。所以，MIG焊接时，在同样的气氛条件下，焊缝气孔倾向要比TIG时大些。 2．氧化膜中水分的影响 在正常的焊接条件下，对于气氛中的水分应当尽量加以限制，因为焊丝或工件的氧化膜中所 吸附的水分将是生成焊缝气孔的主要原因。而氧化膜不致密、吸水性强的铝合金，主要是Al-Mg合金，要比氧化膜致密的纯铝具有更大的气孔倾向。因为Al-Mg合金的氧化膜是由Al2O3和MgO所构成，而MgO越多，形成的氧化膜越不致密，因而更易于吸附水分，纯铝的氧化膜只是由Al2O3构成，比较致密．相对说来吸水性要小。 在MIG焊接时，焊丝表面氧化膜的作用将具有重要意义。MIG焊接时，由于熔深较大，工件坡口端部的氧化膜能迅速熔化掉，有利于氧化膜中水分的排除，坡口氧化膜对焊缝气孔的影响就小得多。焊丝表面氧化膜的清理情况对