芻議焊接過程中的氣孔缺陷及預(yù)防措施

張 露

（遼寧省錦州市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所，遼寧 錦州 121000）

隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的不斷深入，焊接作業(yè)在工業(yè)生產(chǎn)、工程建設(shè)以及設(shè)備制造等行業(yè)都有著十分廣泛的應(yīng)用。由于材料表面物化性質(zhì)和焊接者作業(yè)水平的影響，在焊接過程中通常會(huì)有一定量的氣體殘留于焊縫之中，從而形成焊縫氣孔缺陷，嚴(yán)重影響設(shè)備的性能。為了減少氣孔缺陷的產(chǎn)生，就焊接過程中氣孔的類型、產(chǎn)生原因及危害，提出了一些參考性的方法和建議。

一、氣孔缺陷的類型及形成原因

在目前大多數(shù)的金屬焊接過程中，焊縫氣孔是最為常見焊接缺陷之一。由于焊縫氣孔成形的狀態(tài)特征千差萬別，氣孔缺陷的類型也不盡相同，然而其形成原因卻只有一種，氣泡殘留于焊縫之中無法正常排出。正是因?yàn)楹缚p中存在著大量的氣孔，所以管道設(shè)備的承重承壓性能大幅度降低，致使設(shè)備管道無法穩(wěn)定運(yùn)行，危害生產(chǎn)安全。

（一）氣孔缺陷的類型

在焊接過程中，施工人員的素質(zhì)參差不齊，再加上焊接材料和焊接環(huán)境也存在著一定的差異，因此焊縫氣孔的形態(tài)特征并不完全一樣，圖1為焊縫氣孔缺陷的縱截面SEM形貌。從圖1可以看出有的氣孔均勻分布，有的孤立成孔，有的為條形氣孔，有的是球形氣孔，這使得氣孔缺陷的類型可以按照多種標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行劃分。一般說來，氣孔缺陷的類型分為以下三種：第一，按照氣孔的形狀可以將氣孔缺陷分為條形氣孔和球形氣孔，條形氣孔細(xì)長(zhǎng)窄平，是氣體在焊液中定向移動(dòng)的產(chǎn)物；而球形氣孔均勻圓潤(rùn)，是氣體四周等速擴(kuò)散所形成的。第二，根據(jù)氣孔的分布情況可以將氣孔劃分為均勻集中分布和孤立離散分布，焊縫里集中分布的氣泡表面該區(qū)域內(nèi)氣泡的產(chǎn)生數(shù)量多，而離散分布通常表現(xiàn)為氣泡的體積大。第三，根據(jù)焊縫中氣孔的來源來分可以分為析出氣孔和反應(yīng)氣孔，析出型氣孔是難溶的氣體達(dá)到飽和之后從焊液中析出而形成，主要是外來的氫氣和氮?dú)?；而反?yīng)型氣孔是金屬在高溫環(huán)境下反應(yīng)生成的一氧化碳等氣體。

（二）氣孔缺陷的產(chǎn)生原因

無論哪種類型的氣孔，其形成原因歸根到底是氣體在焊液凝固時(shí)來不及逸出，從而殘留在焊液中最終形成的氣孔。氣孔缺陷的形成可以分為氣孔成核和穩(wěn)定生長(zhǎng)兩個(gè)過程，在焊接過程中，當(dāng)氣體進(jìn)入到焊液之中，開始都會(huì)聚集成氣孔核，隨著焊接過程的繼續(xù)，氣孔核逐漸成長(zhǎng)，變成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的氣泡開始往外溢出，而此時(shí)金屬焊液也開始逐漸冷卻，封鎖了氣泡的逸出途徑，從而最終將氣泡留在焊縫之中，最終形成氣孔缺陷?？偠灾?，氣泡的逸出速率和金屬焊液的凝固速率之間的相對(duì)快慢是決定焊接過程中是否會(huì)產(chǎn)生氣孔缺陷的關(guān)鍵因素，而這些通常和氣泡自身的大小、金屬焊液的粘度和密度息息相關(guān)。首先氣泡自身尺寸越大，則氣泡的逸出速率就越大，那么形成氣孔缺陷的概率就越?。黄浯谓饘俸敢旱拿芏仍酱螅瑲馀菟艿母×υ酱?，則逸出速率也會(huì)隨之增大，所以焊接過程中重金屬不易產(chǎn)生氣孔缺陷，而輕金屬較易產(chǎn)生；最后金屬焊液的粘度越大，氣泡逸出過程中所受阻力越大，逸出速率越慢，則越容易形成氣孔缺陷。

二、氣孔缺陷的預(yù)防措施

從上述氣孔缺陷產(chǎn)生的原因可以看出，要想減少焊接過程中氣孔缺陷的產(chǎn)生，其預(yù)防措施必須提高氣體逸出速率和金屬焊液凝固速率之間的比值。

（一）提供良好的焊接條件

良好的焊接條件是確保焊接工作順利進(jìn)行的重要前提，也是焊縫質(zhì)量符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的重要保障。首先，在焊接之前要對(duì)所有材料進(jìn)行防潮烘干，金屬表面的水分要用干抹布擦拭干凈，并用割刀烘烤干燥，而且焊條要放在特定的烘箱中進(jìn)行保溫，金屬表面有氧化物要用砂輪打磨除銹；其次，檢查焊槍、焊條以及焊接電源能否正常工作，控制好焊接過程中的各項(xiàng)工藝指標(biāo)；最后，增加焊接脈沖，降低焊接過程中產(chǎn)生氣泡的可能性，為焊接工作提供良好的工作條件。

（二）選擇合適的焊接材料

圖1 焊縫氣孔缺陷的縱截面SEM形貌

不同金屬的焊接工作要選用與之匹配的焊接材料，這樣能夠促進(jìn)金屬表面同焊條之間的相互融合，提高氣泡的逸出速率，降低焊接過程中的氣孔缺陷。例如在進(jìn)行電弧焊時(shí)應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選用堿性焊條，因?yàn)閴A性焊條受高溫分解為二氧化碳作為焊接保護(hù)氣，稀釋了焊接區(qū)域中氣體氫的濃度，降低了其在氣體組分中的分壓，抑制其融入到焊液之中。與此同時(shí)，二氧化碳作為一種活性氣體，能夠融入到金屬焊液之中，降低其黏度和表面張力，增強(qiáng)焊液活性，從而使得氣體能夠更好地從焊液中逸出。

（三）抑制外來氣體的融入

焊液中的外來氣體是來源于高溫環(huán)境下金屬表面發(fā)生化學(xué)變化之后所產(chǎn)生的，要想抑制外來氣體融入則要減少金屬表面的化學(xué)反應(yīng)。一般來說，金屬在高溫環(huán)境下自身性質(zhì)都比較穩(wěn)定，然而當(dāng)表面附著大量油污、鐵銹以及積水等雜質(zhì)時(shí)，金屬表面就特別容易發(fā)生一些化學(xué)反應(yīng)。例如鐵銹的主要成分為Fe2O3·H2O，在高溫環(huán)境下能夠釋放出氫和氧，一方面，氧與鋼表面的碳反應(yīng)形成一氧化碳?xì)饪兹毕?，另一方面，氫在焊液中的溶解度極小，特別容易形成氫氣孔。

總而言之，焊接過程中有多種因素能夠?qū)е潞缚p產(chǎn)生氣孔缺陷，其根本原因是焊液中的氣體逸出的速率低于金屬焊液固化的速率，從而導(dǎo)致氣體殘留于焊液之中，形成氣孔缺陷。因此，在采取一定措施預(yù)防氣孔缺陷時(shí)，一定要從這一根本原因入手，要么提高氣體逸出速率，要么降低金屬固化速率，從而使得氣體能夠全部離開焊液，不會(huì)殘留其中。

[1]謝麗初.ZK60鎂合金CO2激光焊接產(chǎn)學(xué)研的組織與性能研究[D].湖南大學(xué)，2010（05）.

[2]孫虎飛，淺析焊.縫氣孔缺陷的主要成因及防治措施[J].工業(yè)技術(shù)，2013（23）.