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如何有效的避免氣孔的產生?
佚名 發布于:2019/4/8 9:07:23 點擊量:48


        在試驗中,采用氬氣為保護氣體,固定離焦量為-1mm,根據四因素三水平的正交試驗原理,對焊縫質量的影響因素:電流,脈沖頻率,脈沖寬度,焊接速度進行搭配,通過統計分析,確定對焊縫質量影響****的因素;采用LWD200-4T型光學顯微鏡和Quanta 200型掃描電鏡觀察焊縫形貌。

 

    S1、S2、S3分別代表四因素在第1、2、3水平下焊縫表面形貌表征數值平均值Rs=max{S1j,S2j,S3j}-min{S1j,S2j,S3j}。極差R的大小反映了焊接中各因素對焊縫質量影響的大小,極差越大,說明該因素數值的變化對實驗結果影響越大,是焊接過程中應該控制的重要因素。比較RS可以看出,脈沖頻率是對脈沖激光焊焊縫質量影響****的工藝參數,其余依次是電流,脈寬和焊接速度。

 

當脈沖頻率為15Hz和30Hz時,焊縫中有時會出現工藝氣孔,工藝氣孔有圓錐形、不規則形和球形三種。下面分別分析這三種形貌的工藝氣孔。

 

        4試驗組中發現的氣孔的形貌圖,脈沖頻率為15Hz,電流為160A,脈寬為2.5ms,焊接速度為600mm/min,離焦量為-1mm時,焊縫中所發現的氣孔的形貌圖,觀察圖3.16-a可以看出,試驗組表面看不見孔洞,但沿焊縫表面打磨后出現圓形孔洞,直徑0.22-0.41mm,沿焊縫方向與焊點同心分布。c是氣孔橫截面外觀形貌圖,可以看出孔洞為圓錐形。這是因為試驗組電流較大,焊接峰值功率高,高能激光束打在金屬不銹鋼焊接管表面,極大的瞬時熱輸入使熔池內部金屬迅速受熱氣化向外逸散,造成熔池沸騰,飛濺嚴重,焊縫金屬損失形成孔洞,孔洞內壁上沿有較大瘤狀金屬附著物,這是飛濺的液態金屬冷卻后造成的。

 

維持脈沖頻率不變,調節其他焊接參數,1、4、7試驗組焊縫中氣孔橫截面外觀形貌。1試驗組脈沖寬度為2.0ms,焊接速度800 mm·min-1,電流180A,從圖3.17-a可以看出,其焊點分離,沒有重熔金屬覆蓋金屬蒸汽逸散造成的小孔,形成了開放型孔洞。隨著脈沖寬度增加至2.5ms,電流減少至160A,焊接速度減少至600 mm·min-1,熱輸入更加均勻,熔池穩定,飛濺減少,前一焊點重熔金屬可以回填后續焊點產生的孔洞,但SUS304不銹鋼焊接管合金元素含量高,液態流動性差,填充不足從而形成的閉合氣孔,4試驗組所示。7試驗組脈沖寬度加大至3.0ms,進一步降低電流和焊接速度,在焊接過程獲得足夠量重熔金屬和較長回填時間,有效消除了圓錐形氣孔。經測試,在焊接頻率為15Hz條件下,1、4、7試驗組焊縫的焊點重疊率依次為38%、35%、42%,均不能形成合格焊縫,須進一步增大脈沖頻率。增大脈沖頻率到30Hz時,基本上完全消除了大的圓錐形工藝氣孔,但在焊縫底部出現了不規則的工藝性氣孔。。從3.18-a、3.18-b、3.18-c可以看出,2和5試驗組在焊縫底部均有不規則的氣孔,匙孔型氣孔一般都是位于熔池底部的不規則的氣孔,也有一部分規則的氣孔。這是由于深熔焊時,匙孔中金屬蒸汽劇烈蒸發,小孔內部處于不穩定狀態,小孔前部的高溫液態金屬快速下降,到達熔池底部時受液體流作用力向熔池后部運動形成渦流。這個過程很容易切斷小孔,把金屬蒸汽封閉在小孔內,而脈沖激光焊冷卻速度很快,液態金屬來不及回填便在焊縫底部形成了氣孔,2、5兩試驗組電流較大,瞬時熱輸入高,熔池內液態金屬運動劇烈,沖擊力較大,容易形成此種工藝性氣孔。8試驗組降低了電流,減小脈寬并增大焊接速度,適當降低了熱輸入,緩解了液態金屬紊流,有效降低焊縫中工藝氣孔產生的概率。

 

當脈沖頻率為30Hz時,實驗中焊縫中還出現了球形氣孔。從3.19-a中可以看出氣孔位于焊縫中部的分層處。從3.19-b中可以看出氣孔呈球形,還保留了一點漩渦狀。這是由于高功率密度的激光打到材料表面,使材料迅速汽化,形成小孔,小孔中金屬蒸汽劇烈蒸發,小孔內部處于不穩定狀態,小孔前部的高溫液態金屬快速下降,到達熔池底部時受液體流作用力向熔池后部運動形成渦流,這個過程很容易切斷小孔,把金屬蒸汽封閉在小孔內,在一段時間內,金屬蒸汽沒凝固,而是以氣體的形式漩渦狀的形貌存在于液態熔池內部,并會在液態金屬中上浮,在上浮過程中,在液態金屬表面張力的作用下,會由漩渦狀慢慢轉變為球形。又由于冷卻速度很快,在上浮過程中凝固了,氣孔會呈旋渦狀的球形,并出現在熔池中部。

 

激光焊薄板不銹鋼焊接管時,焊縫金屬中的氣孔究竟是如何形成的呢?這是由于:盡管鋼板的厚度為1mm,但用脈沖激光焊時,還是屬于深熔焊。深熔焊時,熔池中存在等離子體,產生匙孔中,有大量金屬蒸氣劇烈蒸發,匙孔內部處于不穩定狀態。由于熔池溫度的不均勻性,在熔池中存在旋轉的渦流,且能量較大,有強烈的攪拌力作用,液態金屬在匙孔前壁快速下降,當到達匙孔底部時,形成渦流。

 

在焊接過程中,匙孔隨連續熔池移動,并有金屬對匙孔進行回填,就能避免氣孔的產生。若焊接過程中,為非連續移動熔池,如圖3.17中的圖a,液態金屬就會把金屬蒸汽封閉在小孔內,激光焊時冷卻速度很快,液態金屬來不及回填便在焊縫內部形成了孔洞。

 

即使為連續移動熔池,若焊接工藝參數不適宜,后熔化的液態金屬對前面形成的小孔補填不充分,也會形成孔洞,如圖3.18中的圖a和圖b。焊縫金屬中孔洞的存在,不僅減少焊縫的承載面積,而且會造成應力集中,降低焊接接頭的強度。

 

進一步增大脈沖頻率到45Hz,3、6、9試驗組焊縫的焊點重疊率進一步提高,分別達到65%,68%、70%。焊接時相鄰焊點的重疊率越高,后一焊點對前一焊點的重熔作用就越明顯,越容易消除前一焊點內部可能產生的工藝性氣孔,如圖3.20所示,3、6、9試驗組焊縫截面金相圖均沒有發現氣孔。

 

通過正交實驗設計結果分析,脈沖激光焊焊接奧氏體不銹鋼焊接管時,不當的焊接工藝是產生工藝性氣孔的主要原因,對不銹鋼焊接管薄板焊縫質量影響****的工藝參數是脈沖頻率,其余依次是電流,脈寬和焊接速度。當脈沖頻率為15Hz和30Hz時,焊縫工藝氣孔不能完全消失,氣孔的形狀為圓錐形、不規則形和球形。不論脈寬頻率與其他參數以何種方式組合,均不能形成合格的焊縫。而當脈沖頻率為45Hz時,電流,焊接速度和脈沖寬度不論選取何值,焊縫中均無工藝氣孔。


氣孔是焊接過程中經常遇到的一種焊接缺陷,如果工藝過程控制不當,在奧氏體不銹鋼焊接管的焊縫中,可能出現氣孔,焊縫中的氣孔不僅會削弱焊縫的有效截面積,同時也會帶來應力集中,從而降低焊縫金屬的強度和韌性,嚴重時,氣孔還可能會引起裂紋。

 


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