焊接缺陷及其控制
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13
氮气孔也多在焊缝表面，但多数情况下是成堆 出现，与蜂窝相似。氮的来源，主要是由于保 护不好，有较多的空气侵入熔池所致。
N2气孔
氮气保护TIG紫铜焊缝外观形貌 14
2、CO气孔
特征：焊缝内部，条虫状，表面光滑。 产生原因：高温冶金反应。CO不溶于液 态金属，在高温时，CO以气泡的形式猛 烈地逸出，但熔池结晶时，η↑，CO不 易逸出，此反应为吸热反应，促使结晶 速度加快，CO形成气泡不能逸出，沿结 晶方向形成条虫形内气孔。
[FeO] [C] CO [Fe]
15
16
二、气孔形成机理及影响因素
1.气体的来源 （1）空气侵入熔池 N2 （2）焊材吸潮 H2 （3）工件及焊丝表面的氧化膜、铁锈和
油污 氧化膜→H ； 铁锈→H +O； 油污→H
17
2、气孔形成机理
气孔的形成：生核---长大----逸出： 1）浮出：无气孔 2）浮不出：气孔 （1） 气泡的生核 具备条件：①液态金属中有过饱和的气体
•电流↑, 熔池存在时间↑,气体外逸;
电压↑,N气孔↑；
•焊速↑,气孔增加.
2）电流种类及极性 直流反接，气孔小（溶滴为正）
直流正接，气孔多（溶滴为阴极收）
交流焊接，气孔更多
24
三、气孔的防止措施
1.消除气体来源 1）加强保护 2)烘干焊条 3)焊件去油、锈 2.正确选用焊接材料 1）调整氧化性 2)加CO2或O2 3)CO2焊时应脱
6
产生原因：由于结晶过程放出结晶潜热和熔 滴过渡时热能输入周期性变化，致使凝固 界面的液体金属成分也发生周期性的变化 。根据采用放射性同位素进行焊缝中元素 分布规律的研究证明，产生层状偏析的原 因是由于热的周期性作用而引起的。
危害：层状偏析不仅造成焊缝力学性能不均匀 性，还可沿层状线形成裂纹或气孔。
2
r
Pa-大气压 Pc-界面张力构成的附加压力 σ-金属与气体的表面张力 r-气泡半径
19
气泡形成初期，r很小，附加压Pc则很 大，气泡很难形成。焊接时，由于熔 池内存在着很多现成表面，如柱状晶 粒和液态金属相接触的地方形成，这 些地方由于界面张力的作用，气泡不 成园形，可以得到较大的曲率半径r使 Pc减小。
（2）宏观偏析（区域偏析）
指焊缝边缘到焊缝中心，宏观上的成分不均 匀性，焊缝金属以柱状晶长大，把杂质推向 熔池中心，中心杂质浓度逐渐升高，使最后 凝固的部位发生较严重的偏析.
5
（3）层状偏析
由于化学成分分布不均匀引起分层现象。焊缝 横断面经浸蚀之后，可以看到颜色深浅不同的 分层结构形态称为结晶层。
晶的晶枝之间的偏析。
2
晶轴上含有熔点 较高的成分，熔 点较低的成分则 集中在枝晶枝干 与枝干间的孔隙 以及柱状枝晶的 晶粒边界，称枝 晶偏析。
3
Zn富集
浓度C(Wt% )
100
界面
80
60
40
Zn元素 Al 元素 Cu元素
20
0 0
20
40
60
80
100
距离D(μm)
复合材料钎焊界面的元素分布
4
7
2. 偏析的控制措施 (1)细化焊缝晶粒 晶界多，偏析分散 (2)适当降低焊接速度 椭圆熔池、人字形状柱状晶
8
二、夹杂的形成及控制
1. 夹杂的形成 及危害 金属夹杂、非金属夹杂
(1)非金属夹杂
1）氧化物 SiO2、MnO、TiO2、Al2O3 热裂，硬度↓韧性↓层状撕裂
2）氮化物Fe4N 脆硬相，硬度↑韧性↓ 3）硫化物 FeS MnS 热裂，层状撕裂
氧 3.控制焊接工艺条件 1）电弧稳定 2)短弧，直流反接 3)铝合金TIG，小的热输入 4)铝合金MIG，大的热输入
25
第五章 焊接裂纹
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
9
(2) 金属夹杂 1）熔渣 2）钨 、 铜
大尺寸的金属夹渣是有害的
2.夹杂的防止措施
1）合理选用焊接材料，充分脱氧脱硫； 2）选用合理规范，以利于熔渣的浮出； 3）多层焊时，清渣； 4）焊条摆动； 5）保护溶池，防止空气侵入。
10
§4-2 焊缝中的气孔
一、气孔的类型及分布特征
气孔有的产生在焊缝表面，也有的产生在 内部，有的以单个存在，有的成堆出现。 一类：高温时溶解的气体H2和N2 二类：冶金反应产生的气体CO和 H2O
第四章 焊接缺陷及其控制
1
§4-1 焊缝中的偏析和夹杂
裂纹、孔穴、固体夹杂、未熔合和未焊
透、形状缺陷、其他缺陷
一 焊缝的偏析和夹杂
化学不均匀性：结晶过程中化学成分的一种 偏析现象。偏析是热裂纹的内因。
1.偏析的种类及形成原因
显微偏析、 区域偏析和层状偏析
（1).显微偏析：
指晶粒边界或一个晶粒内部亚晶界或树枝状
20
(3)气泡上浮
1）产生气孔的条件
ve R
2）结晶速度 ： R较小时，气泡有充分时间逸出，
无气孔，气泡易上浮；R大时，气泡 上浮时间短，可能残余在焊缝内部
21
3）气泡上浮速度 ：
v 2 gr2 LG
e
9
①当r↑,Ve↑易浮出 ②液体金属密度越大，Ve↑不易形成气孔 ③η影响最大，T↑,η↑易上浮Ve↑。
T↓η↑,Ve↓易形成气孔
22
3 影响生成气孔的因素及防止措施
焊接材料、工艺因素二个方面讨论。 (1) 焊接材料的影响
1) 熔渣的氧化性 CO↑H2↓ 2)焊条药皮和焊剂的影响 CaF SiO2 H2↓ 3)保护气的影响 活性好于惰性 4)焊丝成分的影响 充分脱氧
23
(2)焊接工艺对气孔的影响
1）焊接规范的影响
在结晶过程中气孔来不及逸出是气孔形 成的根本原因。
11
12
1、析出型气孔 H2 、N2
H2气孔特征：多出现在焊缝表面，断面形
状多为螺钉状，从焊缝表面看呈园喇叭口形 ，气孔的四周有光滑内壁。有个别残存在内 部，以小圆球状存在。
产生原因：焊接过程中，熔池金属吸收大量
的氢气，在冷却和结晶过程中，氢的溶解度 发生了急剧下降，熔池冷却速度快，来不及 逸出，残存在内部，发生了氢的过饱和，使 焊缝中形成具有喇叭口形的表面气孔。
②要满足气泡生核的能量提条件
现成表面形核能量:
Ep
Ph
Pl
V
A 1
Aa A
1 cos
Aa/A ↑,越易形核 相邻枝晶的凹陷处易产生气孔
18
(2)气泡的长大
Ph>P0
Ph=PH2+PN2+PCO+……. P0=Pa+Pm+Ps+Pc
长大条件：
ph
pa
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
pc
1
氮气孔也多在焊缝表面，但多数情况下是成堆 出现，与蜂窝相似。氮的来源，主要是由于保 护不好，有较多的空气侵入熔池所致。
N2气孔
氮气保护TIG紫铜焊缝外观形貌 14
2、CO气孔
特征：焊缝内部，条虫状，表面光滑。 产生原因：高温冶金反应。CO不溶于液 态金属，在高温时，CO以气泡的形式猛 烈地逸出，但熔池结晶时，η↑，CO不 易逸出，此反应为吸热反应，促使结晶 速度加快，CO形成气泡不能逸出，沿结 晶方向形成条虫形内气孔。
[FeO] [C] CO [Fe]
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二、气孔形成机理及影响因素
1.气体的来源 （1）空气侵入熔池 N2 （2）焊材吸潮 H2 （3）工件及焊丝表面的氧化膜、铁锈和
油污 氧化膜→H ； 铁锈→H +O； 油污→H
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2、气孔形成机理
气孔的形成：生核---长大----逸出： 1）浮出：无气孔 2）浮不出：气孔 （1） 气泡的生核 具备条件：①液态金属中有过饱和的气体
•电流↑, 熔池存在时间↑,气体外逸;
电压↑,N气孔↑；
•焊速↑,气孔增加.
2）电流种类及极性 直流反接，气孔小（溶滴为正）
直流正接，气孔多（溶滴为阴极收）
交流焊接，气孔更多
24
三、气孔的防止措施
1.消除气体来源 1）加强保护 2)烘干焊条 3)焊件去油、锈 2.正确选用焊接材料 1）调整氧化性 2)加CO2或O2 3)CO2焊时应脱
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产生原因：由于结晶过程放出结晶潜热和熔 滴过渡时热能输入周期性变化，致使凝固 界面的液体金属成分也发生周期性的变化 。根据采用放射性同位素进行焊缝中元素 分布规律的研究证明，产生层状偏析的原 因是由于热的周期性作用而引起的。
危害：层状偏析不仅造成焊缝力学性能不均匀 性，还可沿层状线形成裂纹或气孔。
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r
Pa-大气压 Pc-界面张力构成的附加压力 σ-金属与气体的表面张力 r-气泡半径
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气泡形成初期，r很小，附加压Pc则很 大，气泡很难形成。焊接时，由于熔 池内存在着很多现成表面，如柱状晶 粒和液态金属相接触的地方形成，这 些地方由于界面张力的作用，气泡不 成园形，可以得到较大的曲率半径r使 Pc减小。
（2）宏观偏析（区域偏析）
指焊缝边缘到焊缝中心，宏观上的成分不均 匀性，焊缝金属以柱状晶长大，把杂质推向 熔池中心，中心杂质浓度逐渐升高，使最后 凝固的部位发生较严重的偏析.
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（3）层状偏析
由于化学成分分布不均匀引起分层现象。焊缝 横断面经浸蚀之后，可以看到颜色深浅不同的 分层结构形态称为结晶层。
晶的晶枝之间的偏析。
2
晶轴上含有熔点 较高的成分，熔 点较低的成分则 集中在枝晶枝干 与枝干间的孔隙 以及柱状枝晶的 晶粒边界，称枝 晶偏析。
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Zn富集
浓度C(Wt% )
100
界面
80
60
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Zn元素 Al 元素 Cu元素
20
0 0
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距离D(μm)
复合材料钎焊界面的元素分布
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2. 偏析的控制措施 (1)细化焊缝晶粒 晶界多，偏析分散 (2)适当降低焊接速度 椭圆熔池、人字形状柱状晶
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二、夹杂的形成及控制
1. 夹杂的形成 及危害 金属夹杂、非金属夹杂
(1)非金属夹杂
1）氧化物 SiO2、MnO、TiO2、Al2O3 热裂，硬度↓韧性↓层状撕裂
2）氮化物Fe4N 脆硬相，硬度↑韧性↓ 3）硫化物 FeS MnS 热裂，层状撕裂
氧 3.控制焊接工艺条件 1）电弧稳定 2)短弧，直流反接 3)铝合金TIG，小的热输入 4)铝合金MIG，大的热输入
25
第五章 焊接裂纹
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
9
(2) 金属夹杂 1）熔渣 2）钨 、 铜
大尺寸的金属夹渣是有害的
2.夹杂的防止措施
1）合理选用焊接材料，充分脱氧脱硫； 2）选用合理规范，以利于熔渣的浮出； 3）多层焊时，清渣； 4）焊条摆动； 5）保护溶池，防止空气侵入。
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§4-2 焊缝中的气孔
一、气孔的类型及分布特征
气孔有的产生在焊缝表面，也有的产生在 内部，有的以单个存在，有的成堆出现。 一类：高温时溶解的气体H2和N2 二类：冶金反应产生的气体CO和 H2O
第四章 焊接缺陷及其控制
1
§4-1 焊缝中的偏析和夹杂
裂纹、孔穴、固体夹杂、未熔合和未焊
透、形状缺陷、其他缺陷
一 焊缝的偏析和夹杂
化学不均匀性：结晶过程中化学成分的一种 偏析现象。偏析是热裂纹的内因。
1.偏析的种类及形成原因
显微偏析、 区域偏析和层状偏析
（1).显微偏析：
指晶粒边界或一个晶粒内部亚晶界或树枝状
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(3)气泡上浮
1）产生气孔的条件
ve R
2）结晶速度 ： R较小时，气泡有充分时间逸出，
无气孔，气泡易上浮；R大时，气泡 上浮时间短，可能残余在焊缝内部
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3）气泡上浮速度 ：
v 2 gr2 LG
e
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①当r↑,Ve↑易浮出 ②液体金属密度越大，Ve↑不易形成气孔 ③η影响最大，T↑,η↑易上浮Ve↑。
T↓η↑,Ve↓易形成气孔
22
3 影响生成气孔的因素及防止措施
焊接材料、工艺因素二个方面讨论。 (1) 焊接材料的影响
1) 熔渣的氧化性 CO↑H2↓ 2)焊条药皮和焊剂的影响 CaF SiO2 H2↓ 3)保护气的影响 活性好于惰性 4)焊丝成分的影响 充分脱氧
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(2)焊接工艺对气孔的影响
1）焊接规范的影响
在结晶过程中气孔来不及逸出是气孔形 成的根本原因。
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1、析出型气孔 H2 、N2
H2气孔特征：多出现在焊缝表面，断面形
状多为螺钉状，从焊缝表面看呈园喇叭口形 ，气孔的四周有光滑内壁。有个别残存在内 部，以小圆球状存在。
产生原因：焊接过程中，熔池金属吸收大量
的氢气，在冷却和结晶过程中，氢的溶解度 发生了急剧下降，熔池冷却速度快，来不及 逸出，残存在内部，发生了氢的过饱和，使 焊缝中形成具有喇叭口形的表面气孔。
②要满足气泡生核的能量提条件
现成表面形核能量:
Ep
Ph
Pl
V
A 1
Aa A
1 cos
Aa/A ↑,越易形核 相邻枝晶的凹陷处易产生气孔
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(2)气泡的长大
Ph>P0
Ph=PH2+PN2+PCO+……. P0=Pa+Pm+Ps+Pc
长大条件：
ph
pa
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
pc
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