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焊缝气孔缺陷的形成原因及防治措施
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一摘要 (2)
二关键词 (2)
三前言 (3)
四1、焊缝气孔的类型及形成条件 (3)
2、焊缝气孔的防治措施 (6)
五结束语 (10)
焊缝气孔缺陷的形成原因及防治措施
高强
前言
焊接制造技术是一门理论性和实践性较强的综合性技术，焊接施工中焊接质量始终与缺陷有联系，焊接缺陷往往影响焊接产品的质量。

严重的会造成焊接件报废，所以须根据焊接连接特点来分析焊接过程中缺陷出现的条件及防治对策。

防治焊接缺陷首要的条件是掌握缺陷的形成条件及其影响因素，以制定合理的焊接工艺，并在生产制造中严格工艺要求，认真贯彻执行。

焊缝气孔是典型的焊接冶金缺陷，气体的存在是形成气孔的先决条件。

形成气孔的气体有二类：来自外部的溶解度有限的气体（H、N）和熔池内产生的冶金反应产物（CO、H20等）。

焊接熔池吸收的气体因过饱和以致形成气泡，又不能及时排除而残留于焊缝之中，即为气孔。

1.焊缝气孔的类型及形成条件。

1. 1气孔形成的一般条件气孔的形成必然与气体有联系。

气孔实质是在金属凝固期间未能及时浮出而残留于金属中的气泡。

气泡的形成包括形核与稳定成长两个过程，其稳定存在的条件为：
Pc>P.+ —
rc
式中Pc—气泡中各气体分压的总和1
P.—大气压力；
a—金属与气泡间的界面张力；
2—气泡临界半径°
分析可知：(1)R对气孔的产生有很大影响。

在其他条件一定的情况下，凝固速度R越大，越不利于气泡浮出.因而越易于产生气孔。

材料一定时，R主要受焊接工艺条件所制约。

金属导热性能好或焊接速度快，均可造成接头具有大的冷却速度，即焊缝具有大的凝固速度。

(2)金属粘度句；对气孔影响也大。

液体金属迅速进入凝固阶段后, 由于E：急剧增大，气泡浮出困难，易于造成气孔。

特别是焊缝根部(由其大熔深时)，气泡更难浮出，常易在焊缝根部形成气孔。

(3)由于气泡密度M。

远小于液体金属的密度P L・，因而气泡的浮出速度主要取决于液体金属的密度仇・，P L越小，则气泡浮出速度Ve 越小。

所以.轻金属(Al Mg)焊接时最易于产生气孔。

(4)气泡尺寸也影响气泡浮出速度。

气泡半径r越大，越有利于气泡浮出。

换言之.原始气体数量不足以使气泡半径增大时，产生气孔的倾向可能很大；而原始气体数量多，但可以使气泡半径增大到足以完全浮出时，反而可能不产生气孔。

例如，刚刚涂压出来尚未烘干的焊条，焊接时并不一定产生气孔，而如烘干不足却会形成气孔。

(5)如能造成Ve〉R的条件，即气泡可以完全排出的条件，或者增大Ve或是降低R(预热或者降低焊接速度)，可以完全消除气孔。

若
Ve-R0即气泡浮出外逸速度几乎与金属凝固速度相等，会形成外表可见的“外气孔”；若Ve<R,即金属凝固速度超过气泡浮出外逸速度，
必然形成“内气孔”。

所以，是否形成内气孔或外气孔，取决于Ve与R
的对比关系。

而与气体种类无关。

在特定条件下得到的“CO造成内气孔，氢造成外气孔”的看法，不能视为普遍结论。

(6)从根本上考虑，应尽可能减少金属吸收气体的数量和降低熔池金属中气体的过饱合度，以使气泡难以形成，即使形成气泡也不易达到临界尺寸珥这样可以从根木上防止产生气孔。

1.2气孔类型及特征气孔可按不同特征区分为不同的类型，如按其形态区分为球形气孔和条形气孔，按其分布区分为孤立状气孔和均布状气孔等。

如与形成气孔的气体类型相联系，可区分为析出型气孔和反应型气孔。

(1)析出型气孔
因溶解度差而造成过饱和状态气体的析出所形成的气孔，称为析出型气孔。

这类气体主要是由外部侵入熔池的氢和氮。

对于大多数金属来说，易于溶解的氢最易在焊缝中形成气孔。

氮的惟一来源是空气, 如果采取正确防护措施，氮不应是气孔的主要原因。

就氢的影响而言, 因溶解度变化特性不同，在不同金属中对气孔的影响会有较大差别。

(2)反应型气孔
熔池中除外部入侵的气体氢或氮之外，还会由于冶金反应而生成反应性气体，这类气体主要是CO、H20,均为根本不溶于金属的气体。

由于这类反应性气体造成的气孔，称为反应型气孔。

焊接时典型的反应性气体为CO,
其反应为［FeOMC)=［Fe>CO t o这一反应必须是在熔池内部发生时方可促使形成气孔。

这类氧化反应的前提条件是熔池金属存在氧化物。

所以，为了防止产生气孔必须设法消除这类氧化物，或使之转化为不具氧化能力的其它稳定氧化物。

2.焊缝气孔的防治措施
根木上来说.防止焊缝气孔缺陷的措施在于限制熔池溶入或产生气体以及排除熔池中存在的气体。

2・1消除气体来源
(1)表面清理：工件及焊丝表面的氧化膜或铁锈以及油污等，均可在焊接过程中向熔池提供氢和氧，常是焊缝气孔的重要原因。

铁锈可写成
mF^OrnFhO,不仅直接提供水分，而成为氢的来源，也可提供［F呦而促使形成CO反应。

所以铁锈是气孔的重要影响因素。

必须在焊前彻底清除焊件坡31及附近表面的铁锈。

焊丝表面不得有锈或油污。

对于铁锈一般采用机械砂轮打磨和钢丝刷清理的机械清理方法。

对于有色金属的氧化膜采用化学清洗和机械清理并用的方法。

化学清洗分脱脂去油和除去氧化膜。

值得注意的是清洗后到焊接前的间隔时间对气孔的产生也有影响。

清洗后最好能及时施焊存，放时间不要超过24小时，最好在清洗后2〜3小时以内进行焊接。

焊丝清洗后最好放在150〜200
°C烘干箱中。

随取随用。

大型构件清洗后做不到立即焊接时，临焊接前可用刮刀刮削坡口端而为宜。

将坡口下端(根部)刮去一个倒角(成为倒V形小坡口)，对防止根部氧化膜引起的气孔比较有效。

(2)焊接材料防潮与烘干焊条焊剂必须防潮，烘干后放在专用烘干箱或保温筒中保管随，用随取。

尤其低氢焊条对吸潮很敏感，吸潮量超过1. 4%就会明显产生气孔。

(3)加强防护空气入侵熔池是气孔原因之一.主要是氮的作用。

引弧不正常时。

不能获得正常保护。

低氢焊条收弧时易产生气孔，就是因药皮中造气物质CaCO?,未能及时分解，以致产生的C02不足以形成充分的气体保护所致。

为了解决这一问题.曾将低氢焊条焊芯端部磨尖，目的是增大电流密度以提高发热量，而加快药皮升温和促使CaCO?,分解。

不能破坏正常的防护条件。

如药皮不得脱落，焊剂或保护气体不能中断给送。

破坏了正常保护时焊得的一段焊缝表面看得见气孔，但如随后再覆盖一道正常焊道.则可看到焊缝会是完全蜂窝状.有集群气孔。

气体保护焊时必须防风。

焊枪喷嘴前端保护气体的流速一般为
2m/s左右所，以，风速如果超过此值，保护气体不能稳定而成为紊流状态。

失去保护作用。

正常条件下，保护气体的流量也影响保护效果，这与焊丝直径、坡口形状、接头形式、喷嘴形状以及喷嘴距焊件距离等因素有关。

保护气体的纯度也须控制。

2. 2.正确选用焊接材料焊接材料的选用非常重要，必须考虑与母材的匹配要求。

从冶金性能上看，焊接材料的氧化性与还原性的平衡情况，对焊缝气孔有很显著的影响。

选用的焊接材料有的具有很大的气孔敏感性，而有
的则对气孔不敏感。

例如低氢焊条抗锈性很差，有锈时很容易产生气孔；而氧化铁型焊条却有很好抗锈性。

(1)熔渣碱度的影响
钢焊接时，熔渣碱度不同，对铁锈的敏感性不同。

因铁锈为作用可使熔池增氧和增氢。

增氧的情况取决于熔渣中
(FeO)的活度。

碱性焊条其碱度正好促使(FeO)的活度增大，熔池增氧的结果促使CO的生成反应加强，从而增大气孔倾向。

增氢情况取决于渣中0誤的活度或(FeO)的活度。

一般碱性焊条由于0人具有最大的活度。

对铁锈有很大的敏感性，显然必须提高对除锈的要求。

高碱度烧结焊剂0H舌度己降低，不同于常用碱性焊条，对铁锈敏感性显著减少。

(2)保护气氛性质的影响
钢材焊接时，保护气本有单一CO?及CO》Ar混合气体两大类。

有色金属焊接时.主要采用惰性气体At或He,偶尔会在壮中添加少许活性气体CO?或@。

从气孔角度考虑，活性气体优于惰性气体。

因为活性气体CO?或Q均可促使降低氢的分压而限制溶氢，同时还能降低液体金属的表而张力和增大其活动性能，有利于气体排出。

有色金属焊接时，为克制氢的有害作用，在壮中添加氧化性气体
CO?或6有一定效果。

（3）焊丝组成的影响
焊丝组成是否能适应母材的匹配要求.还必须考虑与这相组合的焊剂（埋弧焊）或保护气体（气体保护焊）的成分。

在许多情况下，希望形成充
分脱氧条件，以抑制反应性气体的生成。

为防止生成CO.焊丝或熔融金属中应有足够的脱氧元素Mn、Si等。

如CO2气体保护焊时, N2己不起作用，引起气孔的主要原因是CO,所以须充分脱氧。

因此, 虽然是焊接低碳钢也必须采用合金钢焊丝HO8Mn^Si或HOSMn^SiA0有色金属焊接时，脱氧要求更是最基本的要求，以防止溶人的氢被氧化为H20o
2. 3—控制焊接工艺条件控制焊接工艺条件的目的是创造熔池中气体逸出的有利条件，同时也应有利于限制电弧外围气体向熔融金属中的溶人。

焊接工艺条件不正常，以致电弧不稳定或失去正常保护作用，均促使增大外在气体的溶人。

熔池金属在液态存在的时间对气体的溶人与排出有明显的影响。

存在时间长有利于气体排出，但也有利于气体溶人。

显然存在着矛盾。

所以焊接工艺参数的影响必然比较复杂。

实际上不同焊接位置以及熔深大小，也均会影响气体的排出条件，必须具体分析。

对于反应性气体而言.只有气体逸出条件比气体溶人条件更有利。

才有减少气孔的可能性。

由此可见，焊接工艺参数应有最佳值，而不是简单地增大或减小问题。

横焊或仰焊条件下将比平焊时更易产生气孔，因为气体排出条件不利。

立焊时的气孔倾向与向上或向下施焊有关。

向上立焊的气孔较少，向下立焊的气孔则较多因，为向下立焊时熔融金属易向下坠落，不但不利于气体排出.且有卷入空气的可能.在这种情况下，焊接参数的影响就比较复杂。

焊接过程中加脉冲可显著减少气孔的生成。

正常的焊接工艺条件。

不仅是控制正常的焊接工艺参数，还应保证所
用焊接设备（包括电源、焊枪、或焊炬、供气系统）均处于正常状态。

也不应岀现误用焊接材料的情况。

操作人员也应具有相当的技术水平。

3、结语
通过对上述气孔形成条件的分析及所实施的控制措施，可以有效的控制焊接工程中的气孔缺陷的产生，同时存在的气孔是否被视为缺陷处理，也取决于该产品规定的检验技术条件。

4、参考文献
1.《焊接工艺与技能训练》主编：黄海汽车制造有限责任公司、技术中心工艺室。

2.《焊接技术》天津市焊接研究所，中国工程建设焊接协会。

主编:
高永全
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