一.氧化形成机理分析

 

焊接氧化皮为金属高温氧化产物。金属高温氧化实质是固-气反应的一种，指在高温下金属与氧气反应生产金属氧化物的过程，包括金属氧化的热力学和动力学。

上述是狭义的氧化，广义高温氧化有如下过程：

二、氧化过程影响因素

 

1. 材料

1)化学成分（成分均匀性、合金元素、杂质等）

2)相组成

3)组织结构（晶体结构、加工状态、晶粒尺寸等）

4)物理特性（导热性、热膨胀系数、扩散系数等）

5)表面状态（酸洗、钝化、表面粗糙度、涂层）

2. 介质

1)气体化学成分（氧气、混合气比例）

2)氧化性气体分压

3. 温度与时间

1)温度高低T（焊接热输入、结构形式、焊枪角度）

2)温度持续时间t（冷却条件：空冷、水冷、Cu块）

 

三. 去除焊接氧化层的方法

 

 焊接氧化层是指焊接过程中产生的氧化物或者氧化性物质沉淀在焊缝表面形成的一层氧化层。这种氧化层会导致焊接表面的质量变差，降低焊接的强度和密封性，同时也会降低焊接的美观度。因此，去除焊接氧化层对于保证焊接质量和美观度是非常重要的。

   在实际生产中，去除焊接氧化层的方法有很多种，下面介绍几种常用的方法：

   1. 机械去除法：利用机械工具如砂轮机、磨光机等，对焊接表面进行打磨，去除氧化层。这种方法适用于较小的焊缝。

   2. 化学去除法：利用酸性或碱性溶液对焊接表面进行处理，去除氧化层。这种方法适用于大面积的焊接表面，但需要注意溶液的浓度和处理时间。

   3. 电化学去除法：在焊接表面涂上一层电解液，使用直流电流通过涂层和工件之间的空气隙，将氧化层通过电化学反应去除。这种方法适用于较小的焊缝和复杂形状的焊接表面。

  4. 喷砂/喷丸：能完全清除氧化皮，但是成本较高。但是也要注意环保要求；薄板变形和尺寸变化；焊缝疲劳性能改善。

   总之，选取合适的去除焊接氧化层方法，可以有效地提高焊接质量和美观度，确保焊接工件的使用寿命和安全性。具体原因分析和试验计划也可参照下表执行。

 

四. 几种典型材料的氧化与去除

 

1. 不锈钢氧化原因与解决措施

不锈钢焊接发黑主要原因是焊缝表面氧化及周边材料高温氧化。 造成不锈钢发黑的原因主要是：1、焊前板材等焊件未清理；2、氩气保护不足；3、长时间焊接；4、电流过大；5、焊接钨针与焊件距离保持不当；6、钨针选择不当；7、熔池温高，焊接完成后没有继续保护；8、不锈钢焊件焊接背面保护不到位（背面发黑）。

       具体分析原因及应对措施如下：

1、焊前未清理，不锈钢焊件上有油等杂质，造成焊接发黑。应对：焊件焊接部位焊前认真清理。

2、氩气保护不足，原因有：

1）保护气体不纯，气体含氧及水分。应对：保证氩气质量。

2）保护气体输送管路有破损，有其他气体混入，造成焊接时氧化。应对：检查是否漏气，堵住焊枪瓷嘴，按下焊枪供气开关。稍等，以检查有否压力。可从氩气瓶上加装的压力表及压力气柱上观察。

3）氩气供应不足。应对：观察压力表及压力气柱流量，气压不足时，更换氩气瓶。

4）对于焊接时氩气流量，送气、停气时机的把握，焊接开关时间上的把握，焊接电流大小调节，焊接时钨针与焊件的距离，钨针的选择，焊点熔池温度的高低，焊丝与焊件的匹配等焊接工艺参数的掌握及焊工手法与焊接工艺水平有直接关系。

 氩弧焊焊接防氧化措施：

1、提前送气：焊前，先送气然后对焊件进行焊接。以保证氩气对焊接部位的保护，防止氧化。

2、滞后送气：焊接收枪以后，枪口不要离开焊件焊接部位，继续送气，以保证焊件焊缝及周边部位不被高温氧化。

3、焊枪开关的控制：对于不锈钢，特别是薄板，在焊接时不可大电流长时间连续焊接，要多用点焊。电流过大，焊接速度过慢都会引起焊缝发黑。所以焊接时要根据板材厚度选电流，根据电流选钨针，根据钨针选瓷嘴，根据瓷嘴选气量。焊接速度要快，手法要准。

4、焊点熔池温度的控制：与焊工手法及走枪速度有关。熔池温度满足焊件熔接与电流大小息息相关，而在保证冷却前不氧化则与走枪速度有关，边焊边冷却，走枪速度要保证氩气对前熔池的保护，不会被高温氧化。

5、要依据焊件材质选择焊丝材质，以保证材质上的统一性，避免材质差异而焊接发黑。

6、对于焊件焊点及周边部位背面的保护：可在焊件背面通氩气保护或涂保护剂。

     在焊接工艺好的情况下，焊缝呈金黄色乃至白色。但若出现焊缝发黑，则需要处理。

对不锈钢焊件焊缝发黑的处理，最常用的有：

1、羊毛刷+抛光蜡：对焊缝进行打磨。焊缝及其周边呈不锈钢光泽 ，最适合镜面箱体；

      2、  酸洗钝化膏：在焊缝及其周边涂抹酸洗钝化膏，数分钟后，以清水彻底清洗。焊缝及其周边恢复不锈钢色泽。

3、发黑处理注意事项：

1）对不锈钢焊缝发黑处理必须在焊件冷却后进行。

      2）若涂抹酸洗钝化膏除黑，在不锈钢材质标号不高的情况下必须认真彻底清洗，避免过腐蚀及形成色差。

      3）焊缝除黑在焊缝焊渣清除之后进行。

2. 钛材焊接氧化

 

1. 影响钛材焊接质量的因素

1）气体杂质对焊缝金属性能的影响

钛具有很高的化学活泼性，与空气中的氧、氮有极高的亲和力。在较低的温度下，钛与氧相互作用生成一层致密的氧化膜，随着温度的提高，氧化膜的厚度随之增厚，超过600℃钛开始吸氧并使氧溶解到钛中。温度再高，钛的活性就会急剧增加并与氧发生激烈反应而生成钛的氧化物。钛在300℃以上开始吸氢，在700℃以上开始吸氮。氧和氮对钛污染的结果是使钛强度和硬度增高而塑性降低。氮比氧的影响程度更大，氢在钛中含量从0.01%～0.05%会使焊缝金属的冲击韧性急剧下降，而塑性却下降较少。这是氢化物引起的脆性，即所常说的“氢脆”。氢也是引发焊缝产生气孔的根源。

熔化焊接过程中，熔池像一个小冶金炉，熔融金属暴露在大气中。如果不采取相应的防护措施使熔融的金属钛与空气隔绝，则氧、氮、氢等气体元素就会熔入钛中，形成脆性氧化物或氮化物，致使焊缝金属的塑性急剧降低，拉伸强度提高，严重的情况下将发生脆断，塑性等于零。

 

2）其他杂质对焊缝金属性能的影响

其他杂质是指除气体杂质外，可能熔入熔池的杂质。其来源可能是焊接操作环境不清洁、戴脏手套触摸钛焊件遗留下油污、焊接前用棉纱擦洗接头、坡口可能留下的棉絮、焊接生产环境与钢铁焊接生产混合可能产生的铁锈、水分和其他一些有机物等。这些污染物在电弧高温作用下分解出氧、氢、氮、碳等元素，然后溶于熔融的钛中。当这些元素的量超过在钛中的溶解度时，便形成相应的化合物（TiO2， TiH2， TiN， TiC)。这些化合物随着熔池结晶而进入钛的晶格中，致使钛的晶格畸变、歪曲，从而改变了钛的力学性能。

有些微量元素少量溶入钛中，如果其量不超过允许的范围是可以的，有时也是我们所希望的。但超量的杂质元素含量是不允许的，特别是有机物杂质，有百害而无一利，这是因为这些杂质元素除使钛焊接的力学性能变差，降低而腐蚀性外，还是焊缝中产生气孔的根源。

 

2．采用好的焊接技巧以防氧化

钨极氩弧焊非熔化极电弧焊，是利用钨极与被焊工件之间产生的电弧热熔化被焊件的接缝并使焊件熔在一起，焊接过程中可以填加焊丝也可以不加焊丝，且钨极、熔池、焊缝的近缝区以及填加焊丝的熔化端都应处于氩气的保护中。

施焊一般采用非接触式的高频引弧，弧长控制在1.0～1.5倍电极直径。角焊缝时弧长可稍长，焊嘴向后（反焊接方向）倾斜75度。焊接电流是电弧焊的最重要技术参数，它对焊缝熔深、焊速、熔敷金属量以及焊缝质量有直接的影响。钨极氩弧焊焊钛常用正接法的焊接电源，即正极连接焊件，负极连接焊把。正接法电弧所产生的热能30%集中在钨极上，而70%的热能集中在被焊件上，所以相对反接法而言，熔深较深。电弧自开始引弧到熄弧必须与氩气供给和停气的时刻相匹配，即电弧引弧前提前供气，而电弧熄弧后氩气必须滞后停气。

 

3．采用好的钨极氩弧焊焊接工艺以防氧化

1）接头与坡口

在钛材焊接中，各种接头形式都有，如对接，搭接，角接，管板焊接等。板厚一般为1.0～10mm，还有不同厚度板材相接。接头与坡口对获得优质焊缝是很重要的。

2）焊前清理

钛材焊件以及焊丝（填充丝）很容易被污染，如钛材生产过程用的润滑剂残留以及氧化膜、油污、油漆、涂层、手印等。如果这些污染物不在焊接前清除掉，将会在焊接时与电弧热作用分解出有害杂质溶于焊缝金属中，对焊缝质量产生不良影响