熔化极氩弧焊焊接工艺及气孔防范措施

刘美悦

沈阳中航机电三洋制冷设备有限公司 辽宁沈阳 110000

熔化极氩弧焊被广泛应用于汽车制造、工程机械、船舶制造等行业中，焊缝的内在质量和外观质量都很高，目前已经成为焊接重要结构的首选方法之一。在焊接过程中合理的焊接工艺参数，以及生产过程中气孔缺陷的有效防范具有深远研究意义。

1 熔化极氩弧焊工作原理

焊接时，氩气或富氩气体从焊枪喷嘴中喷出，保护焊接电弧及焊接区，焊丝由送丝机构向待焊处送进，焊接电弧在焊丝和焊件之间燃烧，焊丝被电弧加热熔化，形成熔滴过渡到熔池中。冷却时，由焊丝和母材金属共同组成的熔池凝固结晶，形成焊缝[1]。

2 熔化极氩弧焊工艺参数

焊接工艺参数选择原则，首先根据板厚，接头形式和焊缝的空间位置，选择焊丝直径，焊接电流，同时考虑熔滴过渡形式，选择电弧电压，焊接速度，焊丝伸出长度，气体流量。

2.1 焊接电流和焊接电压

通常是根据焊件的厚度及焊缝熔深来选择焊接电流及焊丝直径。根据焊接电流匹配合适的焊接电压，电压的大小决定了电弧的长短和熔滴的过渡形式，对焊缝成形，飞溅，焊接缺陷以及力学性能有很大的影响。

焊接电压对焊接过程和对金属与气体间的冶金反应的影响均比焊接电流大，且随着焊丝直径的减小，焊接电压影响的程度越大。

实现短路过渡的条件之一是保持较短的电弧电压，即低电压。焊接电压过低，电弧引弧困难，焊丝会扎入熔池，电弧也不能稳定燃烧。焊接电压过高，则由短路过渡转变为粗滴的长弧过渡，焊接过程不稳定。电压加大后，电弧变长，电弧挺直性差，飞溅会加大，同时电弧的加大也会造成咬边。

2.2 焊接速度

在焊件厚度、焊接电流及焊接电压等其他条件确定的情况下，速度增加，焊缝熔深及熔宽均减小，焊丝熔敷量减小，焊缝余高减小。熔池冷却速度加大，焊缝塑性降低，不利于成形，速度过快也可能会发生咬边。速度过慢，熔敷金属在电弧下堆积，电弧热和电弧力受阻碍，焊道不均匀，焊缝组织粗大。一般，焊接速度以不超过5m/min为宜。

2.3 焊丝干伸长

其他参数不变时，焊丝伸出长度增加，焊接电流会下降，熔深会减小。

焊丝伸出长度过长时，焊丝容易过热而成段熔断，飞溅严重，焊接过程不稳定。同时，由于喷嘴与工件间的距离加大，气体保护效果也变差。焊丝伸出长度过短时，喷嘴容易堵塞，另外，还会使导电嘴过热而夹住焊丝，烧毁导电嘴。根据生产经验，合适的焊丝伸出长度一般为焊丝直径的10-12倍。

2.4 保护气体流量

熔化极氩弧焊要求保护气体具有良好的保护效果，如果保护不良，将产生焊接质量问题。保护气体从喷嘴流出时如果能形成较厚的层流，将有较大的保护范围及良好的保护作用。但是如果流量过大或过小，就会造成絮流，保护效果不好。因此，对于一定孔径的喷嘴，都有一个合适的保护气体流量范围。

2.5 电流极性的选择

熔化极氩弧焊一般采用直流反接（工件接负极），此极性的选择可以实现飞溅小，熔深深，焊缝成形好，且熔滴过渡过程稳定。

3 常见焊接缺陷

3.1 气孔分类、成因及防范措施

（1）H2气孔。定义：断面形状如螺钉状，焊缝表面看呈喇叭口型形，气孔四周有光滑内壁。

形成机理：水蒸气分解出的H+溶入金属中，在熔池冷却过程中，H+的溶解度降低，析出并聚集成H2气团，不能及时逸出到熔池外部时，就造成了H2气孔。

防范措施1：检测气体纯度，符合CO2:99.5%，Ar：99.995%的纯度要求，

接班及小休对管路气体进行放气，对CO22进行干燥除水处理。

防范措施2：母材表面清洗干净，保证表面无药剂，锈迹、油污残留。

防范措施3：焊丝存放在干燥通风的室内仓库，离地面、墙壁不小于300mm，以免焊丝受潮，含水分，产生H2气孔。

（2）N2气孔。定义：成堆出现，蜂窝状，多是由于气体保护不好，空气侵入所致。

形成机理：电弧高温下，N2，2N，分解，合成，通常分解量较低，在熔池冷却的过程中，N的溶解度急剧下降，N原子析出并相互聚集在一起形成N2分子，随后逐渐增多，形成气泡，并力求从熔池中逸出，如果熔池凝固过快，就会在其中形成N2气孔。

防范措施1：按照清理频次对焊枪喷嘴及时清理，单丝焊接，喷嘴口径20mm，

清理频次1次/100件，避免喷嘴堵塞，气体保护效果不佳。

防范措施2：检测管路压力，保证运行压力0.5MPa以上，避免由于气体管路压力不足，造成保护效果差。

防范措施3：流量计每季度清理一次，保证气流通畅。

防范措施4：保护气体送气管每周点检，破损时更换，避免保护气体泄漏。

防范措施5：焊枪距离不宜过远，焊丝伸出长度一般为焊丝直径的10-12倍。

防范措施6：焊室内排风保证焊接时关闭，焊接结束时打开，避免焊室内气体絮流或保护气体被排风抽出。

防范措施7：焊室内部气缸气管上方加防渣板，或气管外套黄腊管防烫，防止气管被烫漏，低压空气吹到焊接区，造成气体保护不良，此故障现象气孔位置固定。

防范措施8：操作者使用风扇，避免直吹焊接区，造成气体保护不良，形成N2气孔。

3.2 CO 气孔

定义：由于冶金反应产生了大量的CO，在结晶过程中来不及逸出残留在焊缝内部，沿结晶方向分布，形态为条虫状。

形成机理：主要形成在碳钢中，因为碳钢中含有一定的碳量，当焊接时，发生冶金反应，FeO+C=CO+Fe，产生大量的CO，CO不溶于金属，在高温时就会以气泡的形式从熔池中高速逸出，并不会形成气孔，熔池开始凝固时，熔池金属粘度增大，CO气孔不易逸出，同时吸热反应，加速凝固速度，CO来不及逸出，便产生了沿结晶方向的内气孔，如焊丝脱氧能力不足时，气孔也有可能由内部转至外部。

防范措施：限制焊丝或钢板中含碳量，保证足够的Si、Mn等脱氧元素[2]。

4 结语

合理的焊接工艺参数及操作规范，可以有效防止焊接缺陷，提高焊接质量，在熔化极氩弧焊的实际生产中，我们要理论与实践相结合，不断总结经验，不断提升焊接水平，使熔化极氩弧焊焊接技术得到最好的发挥。