淺談焊接中工藝因素對焊縫的影響

張金濤　賈林虎　李永華

【摘要】焊縫中存在氣孔，會削弱焊縫的有效工作截面，因此降低了焊縫的力學性能，使焊縫金屬的塑性，特別是彎曲和沖擊韌性降低更多，氣孔嚴重時，會使金屬結構在工作時遭到破壞。本文分析了焊接過程中焊縫中產生氣孔的形成機理，敘述了防止氣孔的措施。

【關鍵詞】焊接氣孔；焊接工藝因素

采油隊經常出現油、水井管線滲漏現象，而且漏點大多數出現在焊縫處。此種原因主要是由焊接氣孔造成的，因而對提高管線焊接質量要求日益迫切。

1.氣孔在焊接中的分布規律

焊縫金屬中具有一定形狀的空洞型缺陷，叫氣孔。

1.1產生的部位及特征

氣孔最常見的缺陷，根據形狀有圓球形、條形、針形；根據特征分有單個氣孔、連續氣孔和密集氣孔；根據存在部位分有表面氣孔和單個氣孔。

氣孔減小了焊縫的有效截面，降低焊縫的機械性能，貫穿狀氣孔還破壞了焊縫的致密性。形成氣孔的主要氣體是氫氣、一氧化碳和氮氣等。在焊接中，用鈦鈣型焊條施焊的焊縫，主要呈喇叭口型，常穿透焊縫表面，后者呈蜂窩狀。

1.2它們的分布規律是：

1.2.1第一層焊縫比其他各層焊縫氣孔多。

1.2.2平焊焊縫比其他位置焊縫的氣孔多。

1.2.3管道焊接的上部焊縫比下部焊縫氣孔多。

1.2.4管道焊接的第一層焊縫比其他位置的第一層焊縫氣孔多。

1.2.5斷弧焊比連續焊氣孔多。

1.2.6長弧焊比短弧焊氣孔多。

2.工藝因素對焊縫產生氣孔的影響

焊接過程中，焊縫金屬吸收了過多的氣體。冷卻時，氣體在金屬中溶解度下降，集聚形成氣泡，由于受到焊縫金屬結晶的阻礙，氣泡無法上浮和逸出，殘留在焊縫中形成氣孔。

2.1客觀因素的影響

2.1.1一般來說，第一層焊縫熔敷金屬有正反兩個表面，熔渣覆蓋兩個表面，減少了覆蓋厚度，外界空氣容易侵入熔池。

2.1.2平焊時，冷空氣從熔池底部侵入，由熔池頂部逸出，但因熔池頂部受到電弧氣氛的壓力，使熔池內的氣體逸出受到阻礙，而殘留在焊縫中。

2.1.3小口徑管道焊接時，由于管內空氣不流通，管內氣壓升高，使熔池金屬的氣體溶解度增加。

2.2電源極性的影響

電源極性對產生氫氣孔有一定影響，一般認為氫是以質子的形式溶解在液體金屬中，在形成質子時，從原子中釋放出一個電子：H→[H﹢]+e 直接反接，工件為負極，熔池表面電子過剩，不利于發生上述反應。阻止氫離解成質子。而且使用低氫型焊條時，從氟化鈣中分解出來的氟是在陰極表面奪取氫離子的，所以反接法能有效地避免氫氣孔。

2.3電流強度的影響

為了弄清電流大小對產生氣孔的影響，做了如下焊接實驗：

割取250*250*10的A3鋼板31塊，拼成30條平焊對接焊縫，開V型坡口。分別選用3.2結422和結506焊條。結506焊條經400℃烘焙2小時，用直流反接。結422焊條經200℃烘焙2小時，用交流電源。焊接電流分別為80、90、100、120安。每種焊條每擋電流各焊3條焊縫。采用斷弧焊單面焊雙面成型工藝。然后進行斷面檢查。檢查結果，結422焊條只在120安電流的焊縫發現表面氣孔，是由于電焊條尾部發紅引起的。而結506焊條的焊縫只有92安和100安二擋電流的焊縫沒有發現氣孔。從實驗中可見，增大電流熔池存在時間沒有明顯延長，相反增加了熔池面積和鐵水飛濺，而且由于電弧吹力增大，使熔渣滯后，不能有效的保護熔池。各種直徑焊條常用焊接電流如表1。

3.操作工藝的影響

3.1根據觀察，熔池中的氣體是從熔池后半部逸出的，用酸性焊條焊接時，由于冶金反應在熔池中產生大量氣體，如果采用畫圈法運條，則整個熔池都受到電弧的壓力，氣體不易逸出，易產生氣孔。

3.2沒嚴格按照要求烘干焊條和清理破口鐵銹，鐵銹是金屬腐蝕以后的產物，其化學成分可表達為Fe2O3·H2O。可以看出，鐵銹中含有多量Fe2O3和結晶水，因此，對熔池金屬一方面有氧化作用，另一方面又分析出大量的氧。

加熱時，鐵銹將進行下列反應：3Fe2O3=2Fe3O4+O

Fe3O4+H2O=3Fe2O3+H2

Fe+H2O=FeO+H2

由于增加氧化作用，在結晶時就會促使生成一氧化碳氣孔。

鐵銹中的結晶水在高溫分解出氫氣，溶入熔池金屬后，增加了生產氫氣孔的傾向。

3.3焊接電弧過長、收弧位置不適當、焊件清理不干凈、焊條受潮等，增大了氣孔侵入機會而產生氣孔，焊接電弧間隙極小，應以只有3-4mm距離的短弧焊進行焊接。

3.4焊接電流過小，焊接速度過快，影響氣體從熔池中逸出，也容易產生氣孔。

3.5用低氫型焊條焊接時，如果熄弧速度過慢，外界空氣很容易侵入熔池，使接頭處產生蜂窩狀氮氣孔。

4.防止氣孔產生應采取的幾項措施

4.1對于低氫型焊條，由于熔渣較稀，電弧吹力很容易使熔渣滯后，影響熔池的保護效果，易用小電流短電弧小幅度擺動的焊接法。

4.2低氫型焊條短弧焊時，必須使熔池前端始終保持有米粒大一點的熔渣，這說明熔池底部完全被熔渣覆蓋，可防止外界空氣由底部侵入，并且因熔渣較稀，不會產生夾渣和影響焊縫透度。

4.3使用低氫型焊條往往容易在焊縫接頭處出現氣孔，焊縫接頭時，應在焊縫的前進方向距離弧坑9-10mm處開始引弧，電弧燃燒后，先作反向運條，返回弧坑位置，做充分溶化，在前進，或是在焊縫處引弧就可以避免氣孔的產生。

4.4用鈦鈣型焊條焊接時，電弧不宜太短，切忌用畫圈法運條，熄弧時，應將電弧引到坡口邊緣，同時不宜一次拉斷電弧，而應連續拉2-3次弧，以利熔池內的氣體充分逸出。

4.5因低氫型焊條還原性強，熔池在進行冶金反應時，不易產生氣體，所以熄弧時，應迅速拉斷電源，使液態熔渣在熔池的表面張力作用下，快速覆蓋熔池，阻止外界空氣侵入。

綜上述分析了焊接中工藝因素對焊縫產生氣孔的原因，并采取了一些對應的措施，收到的效果較好，保證了焊接質量。

參考文獻：

[1]中國石油天然氣集團公司人事服務中心.職業技能培訓教程——電焊工.中國石油大學出版社，2007