Почему в сварных швах алюминия возникает пористость?

Пористость является одним из наиболее распространённых дефектов сварных швов из алюминия и алюминиевых сплавов. Основным газом, вызывающим этот дефект, является водород. Он может попадать в дугу из влаги, содержащейся в атмосфере, защитном газе, оксидной пленке, присадочной проволоке или на поверхности заготовки, а затем задерживаться в процессе затвердевания сварочной ванны.

Почему водород оказывается запертым

Растворимость водорода в алюминии снижается с примерно 0,69 мл/100 г в жидком алюминии до 0,036 мл/100 г в твёрдом алюминии, то есть примерно в двадцать раз.

Чистый алюминий более чувствителен к водородной пористости, чем сплавы Al-Mg, поскольку его критическое парциальное давление водорода, p_H2, ниже. Таким образом, содержание газа, при котором в чистом алюминии образуются поры, в сварном шве из сплава Al-Mg может оставаться ниже порога образования пор.

Откуда берётся водород

• Атмосфера и защитный газ: Водяной пар может диссоциировать в дуге и выделять водород.
• Оксидные пленки: Оксид алюминия легко адсорбирует влагу. Рыхлый оксид на сплавах Al-Mg способен удерживать ещё больше воды.
• Загрязнение проволоки и заготовки: Масло, грязь и продукты коррозии — все это увеличивает количество доступного водорода.

При сварке MIG и TIG поглощение водорода происходит по-разному, поскольку условия образования дуги и переноса капель в этих методах различаются. При сварке корневого шва методом TIG остаточные оксиды в корневом шве могут приводить к образованию скоплений пор. Распределение пор и изменение цвета оксидов могут помочь выявить эту причину. Поры, расположенные непосредственно под поверхностью, впоследствии могут проявиться в виде пузырей.

Почему пузыри не могут улететь

Сварной металл из алюминия остывает примерно в четыре–семь раз быстрее, чем сварной металл из углеродистой стали. Хотя алюминий имеет меньшую плотность, что способствует всплыванию пузырьков, быстрое затвердевание сокращает время, необходимое для их ухода. Поэтому пузырьки водорода, которые образуются на поздней стадии, застывают в сварном шве.

Как предотвратить пористость сварных швов из алюминия

1. Обеспечьте сухость заготовки, присадочной проволоки и системы защиты. В источнике рекомендуется использовать аргон с содержанием влаги не более 0,08%.
2. Непосредственно перед сваркой удалите оксид, масло и другие загрязнения. Для ручной сварки методом TIG листа LF3 толщиной 1,8 мм в источнике рекомендуется очистить участок шириной 20 мм и выполнить подготовку корня в форме перевернутой буквы V.
3. Выберите параметры, обеспечивающие отвод газа. При сварке методом TIG, как правило, предпочтительны более высокий ток, более высокая скорость перемещения и меньший общий приток тепла. При сварке методом MIG для увеличения времени существования сварочной ванны может потребоваться более низкая скорость перемещения и больший приток тепла.
4. При необходимости используйте соответствующий предварительный нагрев, особенно при обработке толстых или высокопроводящих заготовок.

Эффективный контроль пористости представляет собой комплекс мер: сухие расходные материалы, чистые поверхности, стабильное экранирование и термический цикл, дающий водороду время покинуть ванну.