焊缝中的气孔和夹杂

焊缝中的夹杂
焊缝或母材夹杂降低金属韧性，增加低温脆性， 同时增加热裂纹和层状撕裂倾向。
焊缝中夹杂物的种类及其危害
- 氧化物 主要是SiO2，其次是MnO、 TiO2、Al2O3，多以硅酸 盐形式存在。
- 氮化物 主要是Fe4N，从过饱
和固溶体中析出，以针状分 布在晶粒上或贯穿晶界。
- 硫化物 主要以MnS和FeS，
缝出现气孔。
② 电流种类和极性的影响 交流焊比直流焊时气孔倾向大；直流正接比反接气孔倾 向大。 初步认为与氢向金属中的溶解形态有关，氢是以质子 形式向焊缝金属中溶解：
H [H] e
③ 操作技巧的影响 ➢ 清除焊件、焊丝表面的污锈 ➢ 焊条、焊剂要严格烘干 ➢ 保持规范稳定，对低氢焊条采用短弧、适当摆动
氮气孔形成与氢气孔相似。
- CO气孔
由于冶金反应产生大量 CO，结晶过程中来不及 逸出而残留在焊缝内部形 成气孔。气孔沿结晶方向 分布，有些像条虫状卧在 焊缝内部。
冶金反应产生CO [C] [O] CO [FeO] [C] CO Fe [MnO] [C] CO Mn [SiO2] 2[C] 2CO Si
气泡上浮速度对产生 气孔有很大影响
v 2 (1 2 )gr2
9
影响生成气孔的因素及防治措施
- 冶金因素的影响
冶金因素包括：熔渣氧化性、药皮或焊剂的冶金反应、 保护气体的气氛、水分和铁锈等。
① 熔渣的氧化性 当熔渣氧化性↑ CO气孔倾向↑；相反，氢气孔倾向↑。
② 焊条药皮和焊剂的影响 焊条药皮和焊剂中含有
FeS沿晶界析出，与Fe或FeO 形成低熔共晶，引起热裂纹。
防止焊缝中夹杂的措施
- 正确选择焊条、焊剂 有良好的脱氧、脱硫能力
- 注意工艺操作 ➢ 选用合适的焊接规范 ➢ 多层焊时，应注意清楚前层焊缝的熔渣 ➢ 焊条要适当摆动 ➢ 注意保护熔池
萤石（CaF2），冶金反应 生成较稳定的HF，可有效 降低氢气孔倾向。
药皮和焊剂中， 适当增加氧化性 组成物，对消除 氢气孔有效，氧 化物在高温下与 氢化合生成OH， 减少氢气孔产生。
③ 铁锈及水分的影响
铁锈是钢铁腐蚀，成分为mFe3O2·nH2O （Fe3O2≈83.28%,FeO≈5.7%,H2O≈10.70%）
结晶前沿，金属粘度大，树枝根部CO更不易逸出； 上述反应是吸热反应，促使结晶。CO气泡来不及逸出 而形成气孔。
焊缝中形成气孔的机理
产生气孔的过程由三个相互联系而又彼此不同的 三个阶段所组成——气泡生核、长大和上浮。
- 气泡的生核
条件：① 液态金属中又过饱和的气体 ② 生核所需能量
形成气泡的形核数目：
4r 2
n Ce 3kT
正常条件下纯金属的n值非常小： n 1016.21022
有现成表面条件下，形核所需能量
Ep
( ph
wk.baidu.compL )V
A[1
Aa A
(1
cos )]
降低σ和增大Aa/A降低形核功，相邻树枝晶凹陷处
和母材未熔化的晶粒界面的Aa/A较大，有利于气泡核
形成。
- 气泡长大
长大条件：ph（气泡内压）>p0（气泡外压）
3.1.3 焊缝中的气孔和夹杂
气孔和夹杂削弱焊缝的有效工件断面；引起应力集 中，显著降低焊缝金属的强度和韧性，对动载强度和 疲劳强度更不利；个别情况还会引起裂纹。
焊缝中的气孔
焊缝中出现气孔是比较普遍的。
气孔的类型及其分布特征
- 氢气孔 对于钢的焊接，氢气孔出现在焊缝的表面上，气孔
的断面形状如同螺钉状，载焊缝表面上看呈喇叭口形； 气孔内壁光滑。个别情况也会出现在焊缝的内部。
3Fe2O3 2Fe3O4 O 2Fe3O4 H2O 3Fe2O3 H2 Fe H2O FeO H2
- 工艺因素的影响
包括焊接工艺参数、电流种类及操作技巧等。 ① 焊接工艺参数
包括焊接电流、电压、焊接速度 过大电流，熔池存在时间增加，有利于气体逸出；
同时，熔滴细化，比表面增加，增加气孔倾向。 电压增加，会使氮侵入熔池，出现氮气孔。 焊接速度太大，结晶速度增加，气体残留于焊
气孔产生的原因是高温是 金属吸收溶解了大量的氢， 冷却时溶解度急剧下降， 特别是从液态转为固体时， 溶解度可从 32ml/100g降至 10ml/100g。
氢气孔是在结晶过程中形成的，在相邻树枝晶的凹陷最 深处形成氢气泡的胚胎，浮出困难；但氢具有较大的 扩散能力，气泡极力争脱现成表面，上浮逸出，两者 综合作用的结果，形成了具有喇叭口形的表面情况。
ph pH2 pN 2 pCO pH2O pSO2 p0 pa pM ps pc
忽略次要因素，气泡长大的条件可简化为：
ph
pa
pc
1
2
r
- 气泡上浮
气泡脱离现成表面主要取决于液态金属、气相和现
成表面的张力：
cos
1.g
1.2
2.g
另外应考虑熔池结晶 速度，当结晶速度 较小时，气泡可有 充分时间逸出。