焊接保护气体对冷裂纹的形成有影响吗？

Question

用GMAW进行焊接，使用的焊接保护气体会对冷裂纹的形成产生影响吗？如何避免呢？

Answer 1

焊接最怕什么？裂纹的产生，因为它将将严重影响焊接构件的机械性能和结构完整性。事实上，裂纹的形式有很多种，例如热裂纹，冷裂纹，再热裂纹等。相对于其他裂纹，冷裂纹的出现更加危险。因为它不是立即产生的，而是在焊接完成后的几小时，几天甚至更长时间才会出现。如果焊接件在投入使用之前没有发现该缺陷，通常会导致灾难性后果。由于这种裂纹经常出现在室温温度，所以我们称之为冷裂纹。

那么，冷裂纹是怎么形成的呢？

首先，焊接电弧附近的水分，含氢化合物在电弧高温的作用下分解成氢原子。氢原子能够较好地溶解在液态熔池中。熔池在冷却和凝固过程中，氢原子以过饱和形式存在于焊缝金属中。由于氢原子尺寸较小，焊缝中的过饱和氢原子有向热影响区迁移的倾向。并通过扩散寻找并聚集在晶格中的缺陷和不连续位置。焊接变形引起的残余内应力与聚集氢的共同作用，将晶格的不连续扩大到裂纹尺寸。随着裂纹扩展，使裂纹尖端远离氢聚集点，氢进一步扩散到裂纹尖端促进裂纹继续扩展。

因此，高的扩散氢含量，硬度较高的微观组织，高的焊接残余应力是影响冷裂纹出现的重要因素。而扩散氢的含量，在很大程度上受到了焊接保护气体的影响。

目前，最常用的熔化极气体保护焊焊接方法之一为实芯焊丝气体保护焊（GMAW），主要采用的气体为氩气(Ar)+二氧化碳(CO2)混合气。通过一系列的实验，我们发现，对于GMAW，随着焊接气体中二氧化碳(CO2)成分的增多，熔敷金属扩散氢含量减小。主要原因在于，随着焊接保护气体中二氧化碳含量的增加，氧原子通过分解进入电弧气氛。电弧气氛中的氧含量，可以去除电弧气氛中的单原子氢，有效降低与液态焊缝金属接触的氢气分压。

（注：Arcal 5和Arcal 21为法液空kodi.cn的焊接气体解决方案，是氩气(Ar)+二氧化碳(CO2)混合气。Arcal 5的二氧化碳含量高于Arcal 21。）