焊縫氣孔的形成原因及防治措施

摘 要：焊接制造技術(shù)是一門綜合性技術(shù)。論述焊縫氣孔缺陷的類型及形成條件，如何限制熔池溶入或產(chǎn)生氣體以及排除熔池中存在的氣體，選用與母材匹配的焊接材料，制定并控制焊接工藝條件，可以有效的控制焊接過程中的氣孔缺陷的產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞：氣孔；氣孔類型；防治措施；

中圖分類號：TG441.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-3520（2015）-03-00-01

焊接制造技術(shù)，是一門綜合性技術(shù)。在焊接施工中焊接缺陷如果影響焊接產(chǎn)品的質(zhì)量，會(huì)造成返修，嚴(yán)重的甚至?xí)斐珊附蛹?bào)廢，所以在此分析焊接過程中缺陷出現(xiàn)的條件及防治措施。防治焊接缺陷的首要條件是掌握缺陷的形成條件及形成原因，以制定合理的焊接工藝，并在生產(chǎn)制造中嚴(yán)格工藝要求，認(rèn)真貫徹執(zhí)行。

焊縫氣孔是典型的焊接缺陷，氣體的存在是形成氣孔的先決條件。形成氣孔的氣體有兩類：高溫時(shí)金屬溶解了較多的氣體（如氫氣和氮?dú)猓┖腿鄢貎?nèi)產(chǎn)生的冶金反應(yīng)產(chǎn)物（如一氧化碳和水蒸氣）。焊接熔池吸收的氣體因過飽和以致形成氣泡，又不能及時(shí)逸出而殘留于焊縫中，就會(huì)形成氣孔。氣孔的存在，不僅減少小了焊縫的有效承載面積，而且會(huì)形成應(yīng)力集中，使焊縫的強(qiáng)度、韌性、疲勞強(qiáng)度下降，有時(shí)氣孔還會(huì)成為裂紋源。因此，氣孔的防止是焊接中第一個(gè)十分重要的問題。

一、焊縫氣孔的類型及形成機(jī)理

（一）氣孔類型及特征。氣孔可按不同特征分為不同的類型，按形成氣孔的氣體來源可為析出型氣孔和反應(yīng)型氣孔兩種。

1、析出型氣孔。因溶解度差而造成過飽和狀態(tài)的氣體的析出所形成的氣孔，稱為析出型氣孔。這類氣體主要是外部侵入熔池的氫和氮。對于大多數(shù)金屬來說，易于溶解的氫最易在焊縫中形成氣孔。氮的唯一來源是空氣，如果采取正確的防護(hù)措施，氮?dú)饪资潜容^容易避免的。就氫的影響而言因溶解度變化特性不同，在不同金屬中對氣孔的影響會(huì)有較大差別。

2、反應(yīng)型氣孔。熔池中除外部入侵的氣體氫或氮之外，還會(huì)由于冶金反應(yīng)而生成反應(yīng)性氣體，這類氣體主要是一氧化碳、水蒸氣，均為根本不溶于金屬的氣體。由于這類反應(yīng)性氣體造成的氣孔，稱為反應(yīng)性氣孔。焊接時(shí)典型的反應(yīng)性氣體為CO，其反應(yīng)為[FeO]+[C]=[Fe]+CO↑。這一反應(yīng)必須是在熔池內(nèi)部發(fā)生時(shí)方可促使形成氣孔。這類氧化反應(yīng)的前提條件是熔池金屬存在氧化物。所以，為防止產(chǎn)生氣孔必須設(shè)法消除這類氧化物或使之轉(zhuǎn)化為不具氧化能力的其它穩(wěn)定氧化物。

（二）氣孔形成的影響因素。影響焊縫中氣孔形成的因素很多，主要涉及氣體的來源、母材的種類、焊接材料以及焊接工藝等幾個(gè)方面。以下著重介紹焊接工藝對氣孔的影響。

1、焊接工藝是通過影響電弧周圍氣體向熔融金屬中的熔入及熔池中氣體的逸出而對氣孔的形成產(chǎn)生影響的。如果焊接工藝不合理，以致電弧不穩(wěn)定或失去正常保護(hù)作用，都促使增大外在氣體的熔入，從而增大氣孔的傾向。

2、電源的種類、極性和所用焊接參數(shù)對氣孔的形成也有重要作用。一般來說，交流焊接時(shí)，氣孔傾向大于直流焊接，直流正接時(shí)的氣孔傾向大于直流反接，降低電弧電壓可以減小氣孔的傾向性。

3、熔池存在的時(shí)間對氣體的熔入與排出也有明顯的影響。存在時(shí)間長有利于氣體的排出，但也會(huì)增加氣體的熔入。對于反應(yīng)性氣體而言，顯然應(yīng)著眼于創(chuàng)造有利的排除條件，即適當(dāng)增大熔池的存在時(shí)間。因此，增大熱輸入和適當(dāng)?shù)念A(yù)熱是有利于氣體的排出的。對于氫和氮等析出性氣體而言，既要考慮氣體的熔入，也要考慮氣體的逸出。因此。焊接參數(shù)的影響存在最佳值，而不是簡單的增大和減小。

二、焊縫氣孔的防治措施

從根本上來說，防止焊縫氣孔缺陷的措施在于限制熔池溶入或產(chǎn)生氣體以及排除熔池中存在的氣體，在焊接中可以采取如下措施來防止氣孔的產(chǎn)生。

（一）消除氣體來源

1、適當(dāng)?shù)谋砻媲謇恚汗ぜ昂附z表面的氧化膜或鐵銹以及油污等，均可在焊接過程中向熔池提供氫和氧，常是焊縫氣孔的重要原因。必須在焊前徹底清除焊件坡口及附近表面的鐵銹等。對于鐵銹一般采用機(jī)械砂輪打磨和鋼絲刷清理的機(jī)械清理方法。清理后最好能及時(shí)施焊，最好在清理后2～3小時(shí)以內(nèi)進(jìn)行焊接。

2、加強(qiáng)焊接區(qū)的保護(hù)：空氣入侵熔池是氣孔原因之一，主要是氮的作用。氣體保護(hù)焊時(shí)必須防風(fēng)。焊槍噴嘴前端保護(hù)氣體的流速一般為2m/s左右，所以，風(fēng)速如果超過此值，保護(hù)氣體不能穩(wěn)定而成為紊流狀態(tài)，失去保護(hù)作用。正常條件下，保護(hù)氣體的流量也影響保護(hù)效果，這與焊絲直徑、坡口形狀、接頭形式、噴嘴形狀以及噴嘴距焊件距離等因素有關(guān)。保護(hù)氣體的純度也需控制。

3、對焊接材料的防潮和烘干：焊條與焊機(jī)必須防潮，使用前進(jìn)行烘干并放在專用烘箱或保溫桶中保管，做到隨用隨取。

（二）正確選用焊接材料。焊接材料的選用非常重要，必須考慮與母材的匹配要求。

1、保護(hù)氣體性質(zhì)的影響。鋼材焊接時(shí)，保護(hù)氣體有單一CO2或CO2+Ar混合氣體兩大類。有色金屬焊接時(shí)，主要采用惰性氣體Ar或He，偶爾會(huì)在Ar中添加少許活性氣體CO2或O2。從氣孔角度考慮，活性氣體優(yōu)于惰性氣體。因?yàn)榛钚詺怏wCO2或O2均可促使降低氫的分壓而限制溶氫，同時(shí)還能降低液體金屬的表面張力和增大其活動(dòng)性能，有利于氣體排出。有色金屬焊接時(shí)，為克制氫的有害作用，在Ar中添加氧化性氣體CO2或O2有一定效果。

2、焊絲組成的影響。焊絲組成是否能適應(yīng)母材的匹配要求，還必須考慮與這組合的焊劑（埋弧焊）或保護(hù)氣體（氣體保護(hù)焊）的成分。在許多情況下，希望形成充分脫氧條件，以抑制反應(yīng)性氣體的生成。即使焊接低碳鋼也必須采用合金焊絲。

（三）控制焊接工藝條件?？刂坪附庸に嚄l件的目的是創(chuàng)造熔池中氣體逸出的有利條件，同時(shí)也應(yīng)有利于限制電弧外圍氣體向熔融金屬中溶入。對于反應(yīng)性氣體而言，只有氣體逸出條件比氣體溶入條件改善更多，才有減少氣孔的可能性。因此，焊接工藝參數(shù)應(yīng)有最佳值，而不是簡單地增大或減小的問題。正常的焊接工藝條件，不僅是控制正常的焊接工藝參數(shù)，還應(yīng)保證所有焊接設(shè)備（包括電源、焊槍、或焊炬、供氣系統(tǒng)）均處于正常狀態(tài)。也不應(yīng)出現(xiàn)誤用焊接材料的情況。操作人員也應(yīng)具有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)水平。

通過對上述氣孔形成條件的分析及所實(shí)施的控制措施，可以有效的控制焊接過程中的氣孔缺陷的產(chǎn)生，同時(shí)存在的氣孔是否被視為缺陷處理，也取決于該產(chǎn)品規(guī)定的檢驗(yàn)技術(shù)條件。

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