焊縫氣孔的形成原因及防治措施

摘 要：焊接制造技術是一門綜合性技術。論述焊縫氣孔缺陷的類型及形成條件，如何限制熔池溶入或產生氣體以及排除熔池中存在的氣體，選用與母材匹配的焊接材料，制定并控制焊接工藝條件，可以有效的控制焊接過程中的氣孔缺陷的產生。

關鍵詞：氣孔；氣孔類型；防治措施；

中圖分類號：TG441.7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2015）-03-00-01

焊接制造技術，是一門綜合性技術。在焊接施工中焊接缺陷如果影響焊接產品的質量，會造成返修，嚴重的甚至會造成焊接件報廢，所以在此分析焊接過程中缺陷出現的條件及防治措施。防治焊接缺陷的首要條件是掌握缺陷的形成條件及形成原因，以制定合理的焊接工藝，并在生產制造中嚴格工藝要求，認真貫徹執行。

焊縫氣孔是典型的焊接缺陷，氣體的存在是形成氣孔的先決條件。形成氣孔的氣體有兩類：高溫時金屬溶解了較多的氣體（如氫氣和氮氣）和熔池內產生的冶金反應產物（如一氧化碳和水蒸氣）。焊接熔池吸收的氣體因過飽和以致形成氣泡，又不能及時逸出而殘留于焊縫中，就會形成氣孔。氣孔的存在，不僅減少小了焊縫的有效承載面積，而且會形成應力集中，使焊縫的強度、韌性、疲勞強度下降，有時氣孔還會成為裂紋源。因此，氣孔的防止是焊接中第一個十分重要的問題。

一、焊縫氣孔的類型及形成機理

（一）氣孔類型及特征。氣孔可按不同特征分為不同的類型，按形成氣孔的氣體來源可為析出型氣孔和反應型氣孔兩種。

1、析出型氣孔。因溶解度差而造成過飽和狀態的氣體的析出所形成的氣孔，稱為析出型氣孔。這類氣體主要是外部侵入熔池的氫和氮。對于大多數金屬來說，易于溶解的氫最易在焊縫中形成氣孔。氮的唯一來源是空氣，如果采取正確的防護措施，氮氣孔是比較容易避免的。就氫的影響而言因溶解度變化特性不同，在不同金屬中對氣孔的影響會有較大差別。

2、反應型氣孔。熔池中除外部入侵的氣體氫或氮之外，還會由于冶金反應而生成反應性氣體，這類氣體主要是一氧化碳、水蒸氣，均為根本不溶于金屬的氣體。由于這類反應性氣體造成的氣孔，稱為反應性氣孔。焊接時典型的反應性氣體為CO，其反應為[FeO]+[C]=[Fe]+CO↑。這一反應必須是在熔池內部發生時方可促使形成氣孔。這類氧化反應的前提條件是熔池金屬存在氧化物。所以，為防止產生氣孔必須設法消除這類氧化物或使之轉化為不具氧化能力的其它穩定氧化物。

（二）氣孔形成的影響因素。影響焊縫中氣孔形成的因素很多，主要涉及氣體的來源、母材的種類、焊接材料以及焊接工藝等幾個方面。以下著重介紹焊接工藝對氣孔的影響。

1、焊接工藝是通過影響電弧周圍氣體向熔融金屬中的熔入及熔池中氣體的逸出而對氣孔的形成產生影響的。如果焊接工藝不合理，以致電弧不穩定或失去正常保護作用，都促使增大外在氣體的熔入，從而增大氣孔的傾向。

2、電源的種類、極性和所用焊接參數對氣孔的形成也有重要作用。一般來說，交流焊接時，氣孔傾向大于直流焊接，直流正接時的氣孔傾向大于直流反接，降低電弧電壓可以減小氣孔的傾向性。

3、熔池存在的時間對氣體的熔入與排出也有明顯的影響。存在時間長有利于氣體的排出，但也會增加氣體的熔入。對于反應性氣體而言，顯然應著眼于創造有利的排除條件，即適當增大熔池的存在時間。因此，增大熱輸入和適當的預熱是有利于氣體的排出的。對于氫和氮等析出性氣體而言，既要考慮氣體的熔入，也要考慮氣體的逸出。因此。焊接參數的影響存在最佳值，而不是簡單的增大和減小。

二、焊縫氣孔的防治措施

從根本上來說，防止焊縫氣孔缺陷的措施在于限制熔池溶入或產生氣體以及排除熔池中存在的氣體，在焊接中可以采取如下措施來防止氣孔的產生。

（一）消除氣體來源

1、適當的表面清理：工件及焊絲表面的氧化膜或鐵銹以及油污等，均可在焊接過程中向熔池提供氫和氧，常是焊縫氣孔的重要原因。必須在焊前徹底清除焊件坡口及附近表面的鐵銹等。對于鐵銹一般采用機械砂輪打磨和鋼絲刷清理的機械清理方法。清理后最好能及時施焊，最好在清理后2～3小時以內進行焊接。

2、加強焊接區的保護：空氣入侵熔池是氣孔原因之一，主要是氮的作用。氣體保護焊時必須防風。焊槍噴嘴前端保護氣體的流速一般為2m/s左右，所以，風速如果超過此值，保護氣體不能穩定而成為紊流狀態，失去保護作用。正常條件下，保護氣體的流量也影響保護效果，這與焊絲直徑、坡口形狀、接頭形式、噴嘴形狀以及噴嘴距焊件距離等因素有關。保護氣體的純度也需控制。

3、對焊接材料的防潮和烘干：焊條與焊機必須防潮，使用前進行烘干并放在專用烘箱或保溫桶中保管，做到隨用隨取。

（二）正確選用焊接材料。焊接材料的選用非常重要，必須考慮與母材的匹配要求。

1、保護氣體性質的影響。鋼材焊接時，保護氣體有單一CO2或CO2+Ar混合氣體兩大類。有色金屬焊接時，主要采用惰性氣體Ar或He，偶爾會在Ar中添加少許活性氣體CO2或O2。從氣孔角度考慮，活性氣體優于惰性氣體。因為活性氣體CO2或O2均可促使降低氫的分壓而限制溶氫，同時還能降低液體金屬的表面張力和增大其活動性能，有利于氣體排出。有色金屬焊接時，為克制氫的有害作用，在Ar中添加氧化性氣體CO2或O2有一定效果。

2、焊絲組成的影響。焊絲組成是否能適應母材的匹配要求，還必須考慮與這組合的焊劑（埋弧焊）或保護氣體（氣體保護焊）的成分。在許多情況下，希望形成充分脫氧條件，以抑制反應性氣體的生成。即使焊接低碳鋼也必須采用合金焊絲。

（三）控制焊接工藝條件?？刂坪附庸に嚄l件的目的是創造熔池中氣體逸出的有利條件，同時也應有利于限制電弧外圍氣體向熔融金屬中溶入。對于反應性氣體而言，只有氣體逸出條件比氣體溶入條件改善更多，才有減少氣孔的可能性。因此，焊接工藝參數應有最佳值，而不是簡單地增大或減小的問題。正常的焊接工藝條件，不僅是控制正常的焊接工藝參數，還應保證所有焊接設備（包括電源、焊槍、或焊炬、供氣系統）均處于正常狀態。也不應出現誤用焊接材料的情況。操作人員也應具有相當的技術水平。

通過對上述氣孔形成條件的分析及所實施的控制措施，可以有效的控制焊接過程中的氣孔缺陷的產生，同時存在的氣孔是否被視為缺陷處理，也取決于該產品規定的檢驗技術條件。

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