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氩弧焊气孔产生的原因及解决办法

氩弧焊(TIG焊)中出现气孔是一个常见但非常令人头疼的问题。气孔会严重削弱焊缝的强度、密封性和耐腐蚀性,因此必须避免。

氩弧焊气孔的产生根本原因是焊缝熔池在高温液态时吸收了过多的气体,在冷却凝固过程中,这些气体未能及时逸出而残留在焊缝中所形成的空穴。

以下是导致气孔产生的详细原因,主要可以分为四大类:

一、保护气体问题(这是最常见的原因)

氩弧焊的核心就是“氩气保护”,保护不良几乎必然导致气孔。

1. 气源不纯或气体纯度不够:

   · 使用工业级氩气(纯度≥99.99%),而非普通氩气。如果氩气中含有过多的氧气、氮气、水分等杂质,就会直接导致气孔。

   · 解决办法:更换高纯度氩气。

2. 气体流量不当:

   · 流量过小:气流挺度不够,无法有效排开空气,保护罩覆盖范围不足,尤其是焊枪尾部保护不良。

   · 流量过大:容易形成紊流( turbulent flow),会将空气卷入保护区内,反而破坏保护效果。同时过大的气流可能对熔池产生冷却作用。

   · 解决办法:根据喷嘴直径、电流大小和现场环境(有无风)调整到合适的流量,通常建议在 8-15 L/min 范围,并确保形成稳定的层流(laminar flow)。

3. 气体输送系统泄漏:

   · 气瓶减压阀、皮管、焊枪气管接头、枪颈密封圈等处漏气,导致实际保护气体流量不足。

   · 解决办法:用肥皂水涂抹所有接口检漏,更换损坏的密封圈。

4. 喷嘴问题:

   · 喷嘴直径过小:保护范围不足,特别是进行大电流焊接时。

   · 喷嘴内有飞溅:阻碍气流,破坏层流。

   · 解决办法:根据电流选择合适的喷嘴尺寸,及时清理喷嘴内的飞溅物。

5. 环境有风:

   · 氩气比空气重,但微风也足以吹散保护气层。在室外或通风处焊接时,必须设置防风棚。

   · 解决办法:营造无风环境,增加气体流量或使用更大直径的喷嘴(效果有限)。

二、母材和填充焊丝污染

这是另一大常见原因。任何污染物在电弧高温下都会分解成气体并溶入熔池。

1. 油污、油脂:来自加工、搬运过程中的润滑油、防锈油等。

2. 水分、潮湿:环境湿度过大,母材表面凝结水汽,或焊丝受潮。

3. 锈迹、氧化皮:铁锈(Fe₂O₃、Fe₃O₄)在高温下会分解出[H]和[O],是形成气孔(尤其是氢气孔)的主要原因。

4. 油漆、标记笔痕迹等。

5. 解决办法:

   · 彻底清理! 焊接前必须使用不锈钢丝刷、角磨机等工具将坡口及两侧(20-30mm内)的污染物彻底清除,直至露出金属光泽。

   · 用于清理的工具应专用于不锈钢或特定金属,避免交叉污染。

   · 对于焊丝,保持干燥,必要时可进行烘烤(按材质要求)。

三、焊接工艺和参数问题

1. 电弧过长:

   · 钨极伸出过长或焊枪抬得过高,会导致电弧拉长。电弧过长会扩大保护区域,使氩气难以有效覆盖,空气容易侵入。

   · 解决办法:采用短弧焊接,通常弧长控制在1-3mm(约等于钨极直径)。

2. 钨极污染:

   · 钨极不小心触碰到熔池或焊丝,端部会形成熔球并污染,这种污染在后续焊接时会掉入熔池或破坏电弧稳定性,引起气孔。

   · 解决办法:磨尖 contaminated 的钨极。

3. 电流和焊接速度不匹配:

   · 电流过小或焊接速度过快:熔池存在时间过短,气体来不及逸出就已凝固。

   · 解决办法:选择合适的焊接电流和速度,保证熔池有足够的停留时间让气体逸出。

四、设备及操作问题

1. 焊枪角度不当:

   · 焊枪角度过于倾斜(尤其拖枪焊时),枪尾部的保护效果会变差,空气容易侵入。

   · 解决办法:尽量保持焊枪垂直于工件,或与工件夹角不小于75°。

2. 引弧和收弧技术:

   · 引弧:高频引弧或高压脉冲引弧如果设置不当,起始阶段保护可能不稳定。

   · 收弧:突然断弧会造成一个缩孔。应采用电流衰减(收弧电流)功能,填满弧坑后再缓慢熄灭电弧。

3. 母材材质特性:

   · 某些金属如钛及其合金,对气体纯度、保护效果极其敏感,要求背面也进行充氩保护,否则正面焊得再好也会因背面氧化而产生气孔。

总结与排查步骤

当出现气孔时,建议按照以下顺序系统性排查:

1. 首要检查保护气:确认气瓶有气、阀门已开、纯度达标、流量合适(听气流声音稳定,无嘶嘶漏气声)。

2. 彻底清洁工件和焊丝:这是最立竿见影的方法,确保无油无锈无水。

3. 检查设备和焊枪:检查气管、接头、喷嘴是否完好无泄漏、无飞溅堵塞。

4. 调整操作手法:缩短电弧长度、调整焊枪角度、保持合适的焊接速度。

5. 考虑环境因素:是否有风?湿度是否过大?

通过以上方法的逐步排查,绝大多数氩弧焊气孔问题都可以得到有效解决。