铝镁合金管道焊接气孔产生原因及防止措施

铝镁合金管道焊接气孔产生原因及防止措施

作者：董家旺 李英金 杨朝辉 王淑莲 来源：《科学与财富》2015年第34期

摘 要：分析了铝镁合金管道交流钨极惰性气体保护焊气孔产生的基本原因及影响因素，介绍了焊前准备、焊接工艺、操作技术等方面的要求和经验，对防止铝镁合金管道焊接气孔，保护焊缝质量具有一定的参考价值。 关键词：铝镁合金管道，TIG 气孔 措施 【分类号】TG457.1

引言：铝镁合金因其耐腐蚀性好，低温强度高，比重小，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，铝镁合金在石油化工和低温工程等方面的需求量猛增，广泛用于管道制造。但是铝镁合金焊接出现气孔缺陷的几率较高，严重影响了工程的质量，如何消除焊缝中的气孔是铝镁合金焊接的主要难题，本文介绍了铝镁合金管道现场焊接时气孔形成原因及易被人们忽视的主要影响因素，总结出了减少和防止气孔，获得优质焊接接头的，焊接工艺措施和操作方法，对扩大铝镁合金焊接结构具有一定的应用价值。 1、气孔的形成及其影响因素

1、1、气孔实质是焊接时在熔池凝固期间末能来得及逸出而残留于焊缝金属中的气泡，形成气孔的气体是由多种成分所构成，如（O H2和N2，其中会有一、二种成分是主体），由于铝镁合金不含碳，不存在CO气孔的生成条件，而氮又不溶于铝及铝其合金，因此一般认为铝镁合金焊缝中气孔为氢气孔。

焊缝区的氢可来自于各个方面。弧柱气氛中水分，焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分都是主要来源，这些水分在电弧高温作用下形成气泡于熔池中，来不及浮出使形成气孔。 1、2影响气孔形成的主要因素 1、2、1、材料特性

由于液体铝在高温时能吸收大量的氢，冷却时氢在其中的溶解能力急剧下降，在固态时又几乎不溶解氢，致使原来溶于液体铝的氢大量析出，形成气泡，同时，因铝及铝合金的密度小，导热性很强，不利于气泡的逸出，因此，铝及铝合金焊接易产生气孔，此外铝镁合金化学活性强，表面极易形成熔点高的氧化膜，AL2O3和Mg，由于Mg的存在，形成的氧化膜疏松且吸水性强，这就更难避免焊缝中产生密集气孔，用TIG交流氩弧焊，虽然负半周瞬间氩离子

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对氧化膜具有“阴极雾化”作用，但并不能去除氧化膜中的水分，因而铝镁合金焊接此纯铝具有更大的气孔倾向，

1、2、2、氩气的流量与纯度

氩气的流量是影响熔池保护效果的一个重要参数，流量过小，氩气挺度不够，排除周围空气能力弱，保护效果差，但是流量过大，不仅浪费氩气而会引起喷出气流层流气缩短，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。这一点在现场施焊时，往往被忽视，因此，必须选择合适的人氩气流量。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的含量，同时也降低“阴极雾化”效果。 1、2、3、焊接工艺

焊件破口准备，组对方式和焊接工艺参数的选择对防止气孔产生至关重要，焊件组对时根部留有间隙，可使氧化膜有效地暴露在电弧作用范围内。改变焊接参数可影响气体逸出和溶入熔池条件，焊接速度过慢，荣持保留时间长，增加氢的溶入量，焊接速度较快，易产生末焊透和末溶合缺陷。

实践证明，采用较快的焊接速度，并配以较大的焊接电流，可有效防止气孔的产生，增大焊接电流不仅能保证根部溶合，而且能增加电弧对熔池的搅拌作用，有利于根部氧化膜中气泡的逸出，从而减少气孔的产生。 1、2、4、焊接操作技术

掌握熟练的操作技能也是防止气孔的一个重要环节，（）铝镁合金管道现场焊接一般为全位置焊接，施焊时金属熔池所处空间位置不断改变（焊枪角度），操作难度较大。但焊枪与工件表面后倾角不能随熔池位置的改变而人任意改变。若夹角过小，其内侧产生紊流，外侧则氩气挺度不够，气体保护熔池效果差，水平管仰焊接头部位可采用交叉接头法，（）以避免接头部位产生密集气孔。此外，钨极伸出长度过长，电弧过长或不稳定，都可能造成保护气体的污染而使焊缝产生气孔。

1、2、5、除上述因素外，还应注意环境因素等方面的影响，在高湿度的环境下，铝焊丝或输氩管内壁易吸附结晶水，因此，环境相对湿度愈低愈好，环境温度低于5℃，施焊时要预热。

2、1、焊前准备

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2、1、1、破口用铣刀或锉刀加工，均采用V形破口，如图1所示，衬环，焊件破口附近内外表面50mm范围内油污用丙酮去除，氧化膜用钢丝刷去除。图 图1 V型破口焊接示意

焊丝使用化学方法清理。方法是；选用丙酮擦洗焊丝，在用5%-10%，温度为50-60℃的HaOH溶液洗5-10min，接着用清水冲洗除氧化物；然后在室温下用浓度为25%-30%的HNO3溶液钝化，敦化后用热水冲洗，最后使其完全干燥后放入约150-200℃烘箱内备用。 2、1、2焊接组对与定位焊

清理后焊件应及时组对施焊。组对时根部预留间隙，间隙值随管壁厚度增加而增大，具体数值见表1。接管焊口均带衬环，组对时先将衬环与端管段的内外壁进行定位点固焊，然后右端管子套入衬环点固焊。管道纵缝定点焊焊缝长度10-20mm间距200-300mm，具体数值视管径而定。

2、1、3、焊接预热

正式施焊前应预热。对于铝镁合金为避免温度过高而降低合金的抗应力腐蚀裂纹能力，预热温度应不超过150℃（）。可采用气焊枪加热，用中性火焰或弱的还原焰。

2、2、焊接时选用较大焊接电流和较高的焊接速度，电弧电压在22-28V之间，焊接工艺参数见表1。

多层焊不采用先打低焊一次填满间隙，然后在逐层填充的方法，而使先焊管一端破口与衬环的角焊缝，焊完一圈后，再焊另一端的角焊缝，最后中间填充一层或二层焊缝，层数视壁厚而定，见图2。焊层间应永不锈钢四刷清理表面氧化膜。 图2 多层焊焊接示意 2、2、1、操作要点

1）、正式施焊前，在过渡板上进行堆焊试验，调整好工艺参数，并确认无气孔后在正式施焊。

2）、引弧时必须在引弧板上进行待电弧稳定后，迅速移到工件起弧点，停留约10min，形成明亮清晰的熔池，在添加焊丝。施焊中途停止或焊接结束时，在熄弧板上以衰减法熄弧。

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3）、焊丝送进时与焊缝表面的夹角为15°左右，焊枪与工件表面的夹角宜为 80°-90°之间。焊接中一定要使焊丝端部始终处于氩气保护中，钨极端部与工作距离约等于钨极直径。如发生钨极触及焊丝或熔池，应停止焊接，清理干净后重新施焊。 2、2、2、其他相关要求

1）、亚齐纯度应不小于99.99%，输氩管改用聚乙烯塑料管代替橡胶管，气瓶用内压20MPa左右时含水量会有所增加，应停止使用。

2）、环境相对湿度控制在80%以下，在有风的天气，要做好防风措施，加强氩气的保护要求。

3、结论效果

1）、手工钨极氩弧焊焊接铝镁合金管道气孔产生的原因是多个因素，综合作用的结果，防止和减少气孔需从焊接工艺操作技能、环境因素方面入手，仅改变每一参数效果不大。 2）、在培训工作，试焊工件，制定焊接工艺均达到一定标准后，由于采用体文所述的焊接工艺措施和操作方法，在完成270M，焊口190道铝镁合金管道焊接后，所有焊口进行了100%的X射线探伤，一次探伤合格率。