铝合金MIG自动焊气孔缺欠的控制方法——文献学习体会

文献概况与问题定位

本文发表于《山西冶金》2025年第48卷第5期，由青岛四方阿尔斯通铁路运输设备有限公司的耿靖贺等人撰写。研究针对铝合金MIG自动焊生产中常见的气孔缺欠，从工艺因素和环境因素两个维度系统分析了产生原因，并提出了具体的控制方法。

气孔是铝合金焊接中最常见的体积型缺陷之一。铝合金熔池表面易形成氧化铝薄膜，氢气在熔池中溶解度随温度降低而急剧下降，导致气泡在凝固过程中被捕获形成气孔。在轨道交通车辆制造中，气孔超标会严重影响焊缝的承载能力和疲劳寿命，是质量控制的难点。

工艺因素分析与控制措施

电弧长度与熔宽控制

文献指出，电弧长度与熔宽的一致性是防止气孔的关键工艺参数。电弧过长会导致保护气体覆盖不充分，空气侵入熔池；电弧过短则可能引起飞溅和电弧不稳定。在实际生产中，应通过焊接参数优化和送丝速度调节，确保电弧长度在整个焊接过程中保持稳定。

PC位置焊接的熔池形貌控制

PC位置（Position Control）焊接是自动焊中的特殊位置，熔池形貌对气孔逸出有重要影响。文献提出，增大挺度（即增大焊接电流或降低焊接速度以提高熔深）并保证宏观形貌呈V形，有利于气孔逸出。这一建议的工程逻辑是：V形熔池的底部较窄，气孔从熔池底部向表面逸出的路径更短，且熔池的流动性更有利于气泡上浮。

焊接回路电阻控制

文献要求焊接回路区域内所有位置回路阻值小于10Ω。这是一个容易被忽视但至关重要的细节。回路电阻过大会导致：

• 电压降增加，实际焊接电压偏离设定值；
• 电弧不稳定，引起熔池波动；
• 保护气体流量受电弧波动影响，保护效果下降。

环境因素分析与控制措施

保护气体流量

文献明确指出，气体流量大于25 L/min会大幅降低气孔量。这一数据为工程实践提供了明确的量化指标。在铝合金MIG焊中，保护气体通常为纯氩气或氩-氦混合气，流量过低时熔池保护不充分，空气中的水分和氧气进入熔池；流量过高则可能造成紊流，反而破坏保护效果。25 L/min是一个经验性下限值，实际操作中应根据焊接位置、板厚和风速条件适当调整。

环境湿度控制

焊接环境湿度应严格控制在65%以下。铝合金熔池对氢气极为敏感，空气中的水蒸气在高温电弧作用下分解为氢和氧，氢溶解于熔池并在凝固时析出形成气孔。湿度超过65%时，气孔形成风险显著增加。在南方梅雨季节或沿海地区，这一控制要求尤为关键。

环境因素的FMEA分析

从失效模式与影响分析（FMEA）的角度，气孔缺陷的潜在原因可归纳为：

工程实践建议

PDCA循环应用

• Plan：根据本文提出的控制指标，制定详细的焊接工艺规程（WPS），明确气体流量、回路电阻、环境湿度等关键参数的控制范围。
• Do：在生产现场安装湿度监测仪，实时监测焊接环境湿度；定期检测焊接回路电阻；设置气体流量报警装置。
• Check：每批次焊接件进行气孔检测（RT或UT），统计气孔数量和分布，与工艺参数进行关联分析。
• Act：根据检测数据调整工艺参数，优化控制措施，形成闭环管理。

自动化焊接的特殊考虑

自动焊与手工焊不同，参数一旦设定便难以实时调整。因此，在自动焊编程阶段就应充分考虑气孔预防：

• 焊接速度曲线设计应确保熔池形貌稳定；
• 多枪焊接时注意枪间距离和保护气体干涉；
• 焊接程序中加入预热和冷却控制，减少温度梯度对气孔形成的影响。

学习心得

本文的价值在于将气孔控制从笼统的"注意保护气体"提升到了量化指标层面。25 L/min的气体流量下限和65%的湿度上限，这些具体数值对于现场技术人员来说极具操作指导性。

然而，本文也存在一些可以深入探讨的地方：首先，不同铝合金牌号的抗气孔敏感性不同，6xxx系和7xxx系合金的气孔倾向性有差异，本文未涉及这一维度；其次，焊接位置（平焊、立焊、横焊）对气孔形成的影响也未展开讨论；最后，对于厚板多层多道焊，层间清理和气孔预防策略需要专门研究。

总体而言，本文为铝合金自动焊的气孔控制提供了一套实用的工程方法，值得在生产现场推广应用，并结合具体产品要求进行细化完善。