焊接气孔

气孔
在焊接时，熔池中吸入了过多的气体，冷却时又未能逸出熔池，便在焊缝金属内形成气孔。

根据产生气孔的部位不同，分为外部气孔、内部气孔、密集气孔。

由于气孔产生的原因和条件不同，按其形状分有环形、椭圆形、旋涡状和毛虫状。

焊缝中气孔示意见图17。

（1）气孔产生原因
①焊接材料方面焊接材料受潮，又未按规范烘干，焊条药皮变质、剥落，焊丝生锈。

②工件方面工件不清洁、潮湿，焊缝坡口附近未彻底清理干净，空气湿度高。

（2）预防办法
①各类焊料、焊丝、焊剂均按规范烘干，领用后放入保温筒内，防止在工地受潮。

②工件上的潮气、不清洁、油污必须彻底清除干净，工件坡口附近保持干燥，已经生锈的焊丝必须除锈或重新冷拔后方能使用。

③要选用合适的焊接电流、电弧电压和焊接速度，碱性焊条采用反接法（工件接负极），短弧操作。

④注意焊接电流，埋弧自动焊焊接δ＝5mm薄板时，往往由于担心烧穿，电流偏小，熔池中心气体逸出来形成气孔。

手工电弧焊焊接正面第一层焊道（打底层）时，会从间隙中吸入潮气，该层是气孔多发部位，可在背面清根时把气孔去掉，第二层焊道电流不宜过大，否则气孔会逸进第二层焊道。

由于气孔埋得很深，背面清根时，就无法清除。

2 气孔的危害
焊接时熔池中的气泡在凝固时未能逸出而残留下来所形成的空穴，叫做气孔。

气孔是焊接中常见的缺陷之一。

气孔的存在首先影响焊缝的致密性（气密性和水密性），其次将减小焊缝的有效面积。

此外，气孔还将造成应力集中，显著降低焊缝的强度和韧性，对结构的动载强度有显著的影响。

人们通过研究统计X 射线探伤底片上的缺陷，发现大多数都是气孔（80%左右），其次为夹渣、未焊透、裂纹。

因此，防止气孔是保证焊缝质量的主要内容，也是提高焊缝一次合格率的主要措施。

3 气孔产生的原因
构成气孔的气体，一是来自于周围介质，二是化学冶金反应的产物。

按不同的来源，气体可以分为两类：一类是高温时能大量溶于液体金属，而在凝固过程中溶解度突然下降的气体，如H 2、N 2；另一类是在熔池进行化学冶金反应中形成
而又不溶解于液体金属中的气体，如CO 、H 2O 。

焊接低碳钢和低合金钢时，形成气孔的气体主要是H 2和CO ，即通常所说的
氢气孔和一氧化碳气孔。

氢气孔的主要来源是焊条药皮和焊剂中的有机物、结晶水或吸附水、焊丝与母材表面的油污、铁锈以及空气中的水分等，在高温下分解产生H 2,氢分子进一
步分解为氢原子和离子。

氢在液态金属中的溶解度很高，在高温时熔池和熔滴就有可能吸收大量的氢。

而当温度下降时，溶解度随之下降，即熔池开始凝固后，氢的溶解度要发生突变。

随着固相增多，液相中氢的浓度必然增大，并聚集在结晶前沿的液体中，使其浓度升高处于过饱和状态，形成气泡。

气泡长大到一定程度上浮，当气泡上浮速度小于结晶速度时就形成氢气孔。

CO 主要是FeO 、O 2或其它氧化物与C 作用的产物。

即
[C]+[O]=CO (1)
[FeO]+[C]=CO+[Fe] (2)
[MnO]+[C]=CO+[Mn] (3)
[SiO 2]+2[C]=2CO+[SiO] (4)
碳对氧的亲和力随温度升高而增大，高温下碳比铁、锰、硅等元素对氧的亲和力都大些。

因此，上述反应主要发生在熔滴区和熔池头部。

CO 不溶于液态铁中，在高温形成后很容易形成气泡并迅速排出，不仅不会形成气孔，而且气泡析出时使熔池沸腾，有助于其它气体和杂质排出。

生成气孔的CO 是在冶金反应后期形成的。

熔池开始凝固后，液体金属中的C 和FeO 的浓度随固相增多而加大，造成二者在液体金属某一局部富集，浓度增加促使了式（2）的反应进行，而生成一定数量的CO 。

这时形成的CO 由于温度
下降、液体金属粘度增加及冷却快等原因，难于从熔池中逸出，而被围困于树枝晶粒间。

此外，式（2）的反应是吸热过程，促使冷速加大，对气体析出更有利。

4影响气孔生成的因素
在生产中一般将影响气孔形成的因素归纳为冶金与工艺两方面，而工艺因素往往是通过冶金反应来起作用，所以解决气孔的问题，冶金因素的作用更为重要。

4.1 熔渣的氧化性
焊接时，熔渣的氧化性强弱对产生气孔的倾向有明显的影响。

无论是酸性氧化物还是碱性氧化物，只有当氧化性（或还原性）在一定范围之内时焊缝才不会产生气孔。

当氧化性过强会出现CO气孔，还原性过强则出现氢气孔。

酸、碱性熔渣对气孔的敏感性不同，碱性焊条对CO气孔和氢气孔都更为敏感。

4.2 焊条药皮与焊剂组成物的影响
碱性焊条药皮中加入一定的CaF
2
，在焊接时可与氢、水蒸气反应产生稳定的气体化合物HF，减少氢气的来源，有效防止了氢气孔；高硅高锰焊剂（HJ431）
中加入一定的CaF
2，焊接时CaF
2
与SiO
2
作用后，生成SiF
4
亦可起到脱氢作用。

含有CaF
2
的焊条药皮或焊剂中，为稳定电弧而需加入K、Na等低电离电位物质，使对铁锈敏感性增加，导致气孔倾向加大。

4.3 铁锈及水分等的作用
母材表面的氧化皮、铁锈、水分、油渍以及焊接材料中的水分也是导致气孔产生的重要原因。

其中以母材表面的铁锈的影响最大。

即
3Fe
2O
3
=2Fe
3
O
4
+O (5)
2Fe
3O
4
+H
2
O=3Fe
2
O
3
+H
2
(6)
Fe+H
2O=FeO+H
2
(7)
Fe
3O
4
+Fe=4FeO (8)
Fe
2O
3
+Fe=3FeO (9)
结晶水分解后产生H
2
、H、O及OH等.上述反应的结果,在增强了氧化作用的同时又提高了氢的分压,因而使CO气孔与氢气孔的倾向都有可能增大.焊接材料中残存的水分和金属表面的油渍在高温时分解后,也要增加气孔倾向。