焊缝中的气孔和夹杂

1、3.1.3 焊缝中的气孔和夹杂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。劳强度更不利；个别情况还会引起裂纹。p 焊缝中的气孔焊缝中的气孔 焊缝中出现气孔是比较普遍的。焊缝中出现气孔是比较普遍的。n 气孔的类型及其分布特征气孔的类型及其分布特征-氢气孔氢气孔 对于钢的焊接，氢气孔出现在焊缝的表面上，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；的断面形

2、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。气孔内壁光滑。个别情况也会出现在焊缝的内部。 气孔产生的原因是高温是气孔产生的原因是高温是金属吸收溶解了大量的氢，金属吸收溶解了大量的氢，冷却时溶解度急剧下降，冷却时溶解度急剧下降，特别是从液态转为固体时，特别是从液态转为固体时，溶解度可从溶解度可从32ml/100g降至降至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

3、面，上浮逸出，两者综合散能力，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。作用的结果，形成了具有喇叭口形的表面情况。 氮气孔形成与氢气孔相似。氮气孔形成与氢气孔相似。-CO气孔气孔 由于冶金反应产生大量由于冶金反应产生大量CO，结晶过程中来不及，结晶过程中来不及逸出而残留在焊缝内部形逸出而残留在焊缝内部形成气孔。气孔沿结晶方向成气孔。气孔沿结晶方向分布，有些像条虫状卧在分布，有些像条虫状卧在焊缝内部。焊缝内部。冶金反应产生冶金反应产生COSiCOCSiOMnCOCMnOFeCOCFeOCOOC 2 22 结晶前沿，金属粘度大，树枝根部结晶前沿，金属粘度大，

4、树枝根部CO更不易逸出；更不易逸出；上述反应是吸热反应，促使结晶。上述反应是吸热反应，促使结晶。CO气泡来不及逸出气泡来不及逸出而形成气孔。而形成气孔。n 焊缝中形成气孔的机理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三个阶段所组成气泡生核、长大和上浮。气泡生核、长大和上浮。-气泡的生核气泡的生核 条件：条件： 液态金属中又过饱和的气体液态金属中又过饱和的气体 生核所需能量生核所需能量形成气泡的形核数目：形成气泡的形核数目：正常条件下纯金属的正常条件下纯金属的n值非常小：值非常小： 有现成表面条件下，形核所需能量有现

5、成表面条件下，形核所需能量kTrCen342 22102 .1610 n)cos1 (1 )( AAAVppEaLhp 降低降低和增大和增大Aa/AAa/A降低形核功，相邻树枝晶凹陷处降低形核功，相邻树枝晶凹陷处和母材未熔化的晶粒界面的和母材未熔化的晶粒界面的Aa/A较大，有利于气泡核较大，有利于气泡核形成。形成。-气泡长大气泡长大 长大条件：长大条件：ph（气泡内压）（气泡内压）p0（气泡外压）（气泡外压）csMaSOOHCONHhppppppppppp 02222忽略次要因素，气泡长大的条件可简化为：忽略次要因素，气泡长大的条件可简化为：rpppcah 21 -气泡上浮气泡上浮 气泡脱离现

6、成表面主要取决于液态金属、气相和现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：成表面的张力：gg. 22 . 1. 1cos 另外应考虑熔池结晶另外应考虑熔池结晶速度，当结晶速度速度，当结晶速度较小时，气泡可有较小时，气泡可有充分时间逸出。充分时间逸出。 气泡上浮速度对产生气泡上浮速度对产生气孔有很大影响气孔有很大影响 221)(92grv n 影响生成气孔的因素及防治措施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的影响 冶金因素包括：熔渣氧化性、药皮或焊剂的冶金反应、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。保护气体的气氛、水分和铁

7、锈等。 熔渣的氧化性熔渣的氧化性 当熔渣氧化性当熔渣氧化性 CO气孔倾向气孔倾向；相反，氢气孔倾向；相反，氢气孔倾向。 焊条药皮和焊剂的影响焊条药皮和焊剂的影响 焊条药皮和焊剂中含有焊条药皮和焊剂中含有萤石（萤石（CaF2），冶金反应），冶金反应 生成较稳定的生成较稳定的HF，可有效，可有效降低氢气孔倾向。降低氢气孔倾向。 药皮和焊剂中，药皮和焊剂中，适当增加氧化性适当增加氧化性组成物，对消除组成物，对消除氢气孔有效，氧氢气孔有效，氧化物在高温下与化物在高温下与氢化合生成氢化合生成OH，减少氢气孔产生。减少氢气孔产生。 铁锈及水分的影响铁锈及水分的影响 铁锈是钢铁腐蚀，成分为铁锈是钢铁腐蚀，成

8、分为mFe3O2nH2O（FeFe3 3O O2 283.28%,FeO83.28%,FeO5.7%,H5.7%,H2 2O O10.70%10.70%）2223224343323223HFeOOHFeHOFeOHOFeOOFeOFe -工艺因素的影响工艺因素的影响 包括焊接工艺参数、电流种类及操作技巧等。包括焊接工艺参数、电流种类及操作技巧等。 焊接工艺参数焊接工艺参数 包括焊接电流、电压、焊接速度包括焊接电流、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；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。同时，熔滴细化，比表面增加，增加气孔

9、倾向。 电压增加，会使氮侵入熔池，出现氮气孔。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，气体残留于焊焊接速度太大，结晶速度增加，气体残留于焊缝出现气孔。缝出现气孔。 电流种类和极性的影响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。向大。 初步认为与氢向金属中的溶解形态有关，氢是以质子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：形式向焊缝金属中溶解：eHH 操作技巧的影响操作技巧的影响 清除焊件、焊丝表面的污锈清除焊件、焊丝表面的污锈 焊条、焊剂要严格烘干焊条、焊剂要

10、严格烘干 保持规范稳定，对低氢焊条采用短弧、适当摆动保持规范稳定，对低氢焊条采用短弧、适当摆动p 焊缝中的夹杂焊缝中的夹杂 焊缝或母材夹杂降低金属韧性，增加低温脆性，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。同时增加热裂纹和层状撕裂倾向。n 焊缝中夹杂物的种类及其危害焊缝中夹杂物的种类及其危害-氧化物氧化物主要是主要是SiO2，其次是，其次是MnO、TiO2、Al2O3，多以硅酸，多以硅酸盐形式存在。盐形式存在。-氮化物氮化物 主要是主要是Fe4N，从过饱，从过饱 和固溶体中析出，以针状分和固溶体中析出，以针状分 布在晶粒上或贯穿晶界。布在晶粒上或贯穿晶界。-硫化物硫化物 主要以主要以MnS和和FeS，FeS沿晶界析出，与沿晶界析出，与Fe或或FeO形成低熔共晶，引起热裂纹。形成低熔共晶，引起热裂