焊缝气孔缺陷的形成原因及防治措施

1、焊缝气孔缺陷的形成原因及防治措施姓名：单位：丹东黄海汽车有限责任公司地址：丹东黄海大街542号电 话：6273189邮编：118000一 摘要 (2)二关键词 (2)二 前 言 (3)四1、焊缝气孔的类型及形成条件(3)2、焊缝气孔的防治措施 (6)(10)五 结束语【摘 要】焊接制造技术是一门理论性和实践性较强的综合性技术。论述焊缝气孔缺陷的类型及形成条件，如何限制熔池溶入或产生气体以及排除熔池中存在的气体，选用与母材匹配的焊接材料，制定并控制焊接工艺条 件，可以有效的控制焊接工程中的气孔缺陷的产生。【关键词】气孔；气孔类型；防治措施；工艺条件焊缝气孔缺陷的形成原因及防治措施焊接制造技术是一

2、门理论性和实践性较强的综合性技术， 焊接施 工中焊接质量始终与缺陷有联系，焊接缺陷往往影响焊接产品的质 量。严重的会造成焊接件报废，所以须根据焊接连接特点来分析焊接 过程中缺陷出现的条件及防治对策。防治焊接缺陷首要的条件是掌握 缺陷的形成条件及其影响因素，以制定合理的焊接工艺，并在生产制 造中严格工艺要求，认真贯彻执行。焊缝气孔是典型的焊接冶金缺陷，气体的存在是形成气孔的先决 条件。形成气孔的气体有二类：来自外部的溶解度有限的气体（H、N）和熔池内产生的冶金反应产物（CO、H20等）。焊接熔池吸收的气体 因过饱和以致形成气泡，又不能及时排除而残留于焊缝之中， 即为气 孔。1焊缝气孔的类型及形成

3、条件。1. 1气孔形成的一般条件气孔的形成必然与气体有联系。气孔实质是在金属凝固期间未能及时浮出而残留于金属中的气泡。气泡的形成 包括形核与稳定成长两个过程，其稳定存在的条件为：rc式中Pc气泡中谷气体分压的总和*匕一大气压力；ff金属与气泡间的郭面张力; G气泡临界半径。分析可知：（1）R对气孔的产生有很大影响。在其他条件一定的情况下， 凝固速度R越大，越不利于气泡浮出.因而越易于产生气孔。材料 一定时，R主要受焊接工艺条件所制约。金属导热性能好或焊接速度 快，均可造成接头具有大的冷却速度，即焊缝具有大的凝固速度。金属粘度八对气孔影响也大。液体金属迅速进入凝固阶段后， 由于急剧增大，气泡浮出

4、困难，易于造成气孔。特别是焊缝根部（由 其大熔深时），气泡更难浮出，常易在焊缝根部形成气孔。（3）由于气泡密度宀。远小于液体金属的密度fl，因而气泡的浮 出速度主要取决于液体金属的密度 门，卩越小，则气泡浮出速度 Ve 越小。所以.轻金属（A1 Mg）焊接时最易于产生气孔。（4）气泡尺寸也影响气泡浮出速度。 气泡半径r越大，越有利于气 泡浮出。换言之.原始气体数量不足以使气泡半径增大时，产生气孔 的倾向可能很大；而原始气体数量多，但可以使气泡半径增大到足以 完全浮出时，反而可能不产生气孔。例如，刚刚涂压出来尚未烘干的 焊条，焊接时并不一定产生气孔，而如烘干不足却会形成气孔。(5) 如能造成Ve

5、R的条件，即气泡可以完全排出的条件，或者增 大Ve或是降低R(预热或者降低焊接速度)，可以完全消除气孔。若1 I；。即气泡浮出外逸速度几乎与金属凝固速度相等，会形成外表 可见的“外气孔”；若VevR,即金属凝固速度超过气泡浮出外逸速度，必然形成“内气孔”。所以，是否形成内气孔或外气孔，取决于 Ve 与R的对比关系。而与气体种类无关。在特定条件下得到的“ CO造 成内气孔，氢造成外气孔”的看法，不能视为普遍结论。(6) 从根本上考虑，应尽可能减少金属吸收气体的数量和降低熔 池金属中气体的过饱合度，以使气泡难以形成，即使形成气泡也不易 达到临界尺寸：这样可以从根本上防止产生气孔。1. 2气孔类型及

6、特征 气孔可按不同特征区分为不同的类型，如按其形态区分为球形气孔和条形气孔，按其分布区分为孤立状气孔和均 布状气孔等。如与形成气孔的气体类型相联系，可区分为析出型气孔 和反应型气孔。(1)析出型气孔因溶解度差而造成过饱和状态气体的析出所形成的气孔，称为析 出型气孔。这类气体主要是由外部侵入熔池的氢和氮。 对于大多数金 属来说，易于溶解的氢最易在焊缝中形成气孔。氮的惟一来源是空气， 如果采取正确防护措施，氮不应是气孔的主要原因。就氢的影响而言，因溶解度变化特性不同，在不同金属中对气孔的影响会有较大差别。(2)反应型气孔熔池中除外部入侵的气体氢或氮之外， 还会由于冶金反应而生成 反应性气体，这类气

7、体主要是 CO、H20,均为根本不溶于金属的气 体。由于这类反应性气体造成的气孔，称为反应型气孔。焊接时典型 的反应性气体为CO，其反应为H 11 1 ( _!H ,| 这一反应必须是在 熔池内部发生时方可促使形成气孔。这类氧化反应的前提条件是熔池 金属存在氧化物。所以，为了防止产生气孔必须设法消除这类氧化物， 或使之转化为不具氧化能力的其它稳定氧化物。2. 焊缝气孔的防治措施根本上来说.防止焊缝气孔缺陷的措施在于限制熔池溶入或产生 气体以及排除熔池中存在的气体。2. 1消除气体来源(1) 表面清理：工件及焊丝表面的氧化膜或铁锈以及油污等，均可在 焊接过程中向熔池提供氢和氧，常是焊缝气孔的重要

8、原因。铁锈可写 成不仅直接提供水分，而成为氢的来源，也可提供 卜 而促使形成CO反应。所以铁锈是气孔的重要影响因素。必须在焊前 彻底清除焊件坡31及附近表面的铁锈。焊丝表面不得有锈或油污。 对于铁锈一般采用机械砂轮打磨和钢丝刷清理的机械清理方法。对于有色金属的氧化膜采用化学清洗和机械清理并用的方法。化学清洗分脱脂去油和除去氧化膜。值得注意的是清洗后到焊接前的间隔时间对气孔的产生也有影 响。清洗后最好能及时施焊存，放时间不要超过24小时，最好在清 洗后2 3小时以内进行焊接。焊丝清洗后最好放在 150 200 C烘干 箱中。随取随用。大型构件清洗后做不到立即焊接时，临焊接前可用刮刀刮削坡口 端面

9、为宜。将坡口下端(根部)刮去一个倒角(成为倒v形小坡口)，对 防止根部氧化膜引起的气孔比较有效。(2) 焊接材料防潮与烘干焊条焊剂必须防潮，烘干后放在专用烘 干箱或保温筒中保管随，用随取。尤其低氢焊条对吸潮很敏感，吸潮 量超过1.4%就会明显产生气孔。(3) 加强防护空气入侵熔池是气孔原因之一.主要是氮的作用。 引弧不正常时。不能获得正常保护。低氢焊条收弧时易产生气孔，就 是因药皮中造气物质1 ：|，未能及时分解，以致产生的 CO2不足以 形成充分的气体保护所致。为了解决这一问题.曾将低氢焊条焊芯端 部磨尖，目的是增大电流密度以提高发热量， 而加快药皮升温和促使1 ；|，分解。不能破坏正常的防

10、护条件。如药皮不得脱落，焊剂或保护气体不 能中断给送。破坏了正常保护时焊得的一段焊缝表面看得见气孔， 但 如随后再覆盖一道正常焊道.则可看到焊缝会是完全蜂窝状.有集群 气孔。气体保护焊时必须防风。焊枪喷嘴前端保护气体的流速一般为 2m/s左右所，以，风速如果超过此值，保护气体不能稳定而成为紊 流状态。失去保护作用。正常条件下，保护气体的流量也影响保护效 果，这与焊丝直径、坡口形状、接头形式、喷嘴形状以及喷嘴距焊件距离等因素有关。保护气体的纯度也须控制 2. 2.正确选用焊接材料 焊接材料的选用非常重要，必须考虑与母 材的匹配要求。从冶金性能上看，焊接材料的氧化性与还原性的平衡 情况，对焊缝气孔

11、有很显著的影响。选用的焊接材料有的具有很大的 气孔敏感性，而有的则对气孔不敏感。例如低氢焊条抗锈性很差，有 锈时很容易产生气孔；而氧化铁型焊条却有很好抗锈性。(1) 熔渣碱度的影响钢焊接时，熔渣碱度不同，对铁锈的敏感性不同。因铁锈为其作用可使熔池增氧和增氢。增氧的情况取决于熔渣中(FeO)的活度。碱性焊条其碱度正好促使(FeO)的活度增大，熔池增氧 的结果促使CO的生成反应加强，从而增大气孔倾向。增氢情况取决于渣中的活度或(FeO)的活度。一般碱性焊条由于具有最大的活 度。对铁锈有很大的敏感性，显然必须提高对除锈的要求。高碱度烧 结焊剂乃活度已降低，不同于常用碱性焊条，对铁锈敏感性显著减 少。

12、(2) 保护气氛性质的影响钢材焊接时，保护气本有单一及小混合气体两大类。有色金属焊接时.主要采用惰性气体 Ar或He,偶尔会在Ar中添加少 许活性气体或儿。从气孔角度考虑，活性气体优于惰性气体。因 为活性气体r上或均可促使降低氢的分压而限制溶氢，同时还能降 低液体金属的表面张力和增大其活动性能， 有利于气体排出。有色金 属焊接时，为克制氢的有害作用，在Ar中添加氧化性气体心七或 有 一定效果。（3）焊丝组成的影响焊丝组成是否能适应母材的匹配要求. 还必须考虑与这相组合的 焊剂（埋弧焊）或保护气体（气体保护焊）的成分。在许多情况下，希望 形成充分脱氧条件，以抑制反应性气体的生成。为防止生成CO.

13、焊丝或熔融金属中应有足够的脱氧元素 Mn、Si等。如心气体保护焊 时，N2已不起作用，引起气孔的主要原因是CO,所以须充分脱氧。因此, 虽然是焊接低碳钢也必须采用合金钢焊丝“或山山亠有色金属焊接时，脱氧要求更是最基本的要求，以防止溶人的氢被氧化为。2. 3控制焊接工艺条件 控制焊接工艺条件的目的是创造熔池中气 体逸出的有利条件，同时也应有利于限制电弧外围气体向熔融金属中 的溶人。焊接工艺条件不正常，以致电弧不稳定或失去正常保护作用， 均 促使增大外在气体的溶人。熔池金属在液态存在的时间对气体的溶人 与排出有明显的影响。存在时间长有利于气体排出，但也有利于气体 溶人。显然存在着矛盾。所以焊接工艺

14、参数的影响必然比较复杂。实 际上不同焊接位置以及熔深大小， 也均会影响气体的排出条件，必须 具体分析。对于反应性气体而言.只有气体逸出条件比气体溶人条件更有利。才有减少气孔的可能性。由此可见，焊接工艺参数应有最佳值, 而不是简单地增大或减小问题。横焊或仰焊条件下将比平焊时更易产生气孔， 因为气体排出条件 不利。立焊时的气孔倾向与向上或向下施焊有关。 向上立焊的气孔较 少，向下立焊的气孔则较多因，为向下立焊时熔融金属易向下坠落， 不但不利于气体排出.且有卷入空气的可能.在这种情况下，焊接参 数的影响就比较复杂。焊接过程中加脉冲可显著减少气孔的生成。正常的焊接工艺条件。不仅是控制正常的焊接工艺参数， 还应保 证所用焊