焊接氣孔和夾雜課件

(最新整理)第15講焊接氣孔和夾雜2021/7/261(最新整理)第15講焊接氣孔和夾雜2021/7/261第四章焊接氣孔和裂紋

第15講2021/7/26230第四章焊接氣孔和裂紋第15講2021/7/262304.1焊接氣孔氣孔和夾雜是焊縫中經(jīng)常遇到的兩種缺陷，他們都是在熔池金屬結(jié)晶過程中產(chǎn)生的。氣孔和夾雜不僅削弱焊縫的有效工作斷面，而且也帶來應(yīng)力集中，顯著降低焊縫金屬的強(qiáng)度和韌性，對(duì)動(dòng)載強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度更為不利，有時(shí)會(huì)引起裂紋或影響焊縫氣密性。2021/7/263304.1焊接氣孔氣孔和夾雜是焊縫中經(jīng)常遇到的兩種缺陷，他們都4.1.1氣孔的類型及其分布特征從碳鋼到低合金鋼、有色金屬幾乎都有可能產(chǎn)生氣孔。一些可能產(chǎn)生氣孔的原因：焊條、焊劑烘干不足被焊金屬和焊絲表面有銹、油污或其他雜質(zhì)焊接工藝不穩(wěn)定（電弧電壓偏高、焊速太大和電流太小等）焊接區(qū)保護(hù)不良等電渣焊焊低碳鋼時(shí)，由于脫氧不足，在焊縫中出現(xiàn)氣孔手弧焊時(shí)如有銹，則可能在焊縫表面出現(xiàn)氣孔2021/7/264304.1.1氣孔的類型及其分布特征2021/7/264301、氣孔的類型⑴按其所在位置分：

①表面氣孔②內(nèi)部氣孔（需通過無損探傷發(fā)現(xiàn)）

⑵按其分布分：

①單個(gè)存在②密集成堆③貫穿整個(gè)焊縫④彌散于焊縫內(nèi)部⑶按形成氣孔的氣體分：

①H氣孔②N氣孔③CO氣孔2021/7/265301、氣孔的類型2021/7/26530

2、氣孔的來源⑴高溫時(shí)某些氣體溶解于熔池金屬中，當(dāng)凝固和相變時(shí)，氣體的溶解度降低而來不及逸出，殘留在焊縫內(nèi)部的氣體，如H和N；⑵由于冶金反應(yīng)產(chǎn)生的不溶于金屬的氣體，如CO和H2O。形成氣孔的各種氣體的來源各不相同，但都是在焊縫凝固過程中來不及逸出而形成的。2021/7/266302、氣孔的來源2021/7/26630

3、氣孔的形態(tài)和特征

⑴H氣孔對(duì)于低碳鋼和低合金鋼，H氣孔大多數(shù)出現(xiàn)在焊縫表面，氣孔斷面呈螺旋狀，內(nèi)壁光滑，在焊縫表面呈喇叭狀開口。個(gè)別情況下，H氣孔也會(huì)出現(xiàn)在焊縫內(nèi)部，如：焊條藥皮中含有較多的結(jié)晶水，使焊縫中的含氫量過高，焊縫凝固時(shí)來不及上浮而殘留在焊縫內(nèi)部。Al、Mg合金焊接時(shí)，H氣孔常出現(xiàn)在焊縫內(nèi)部。H氣孔是在結(jié)晶過程中形成的，在相鄰樹枝晶的凹陷最深處產(chǎn)生，浮出困難。但氫又具有較大的擴(kuò)散能力，極力掙脫現(xiàn)成表面，上浮逸出，兩者綜合作用的結(jié)果是形成了喇叭口型的表面氣孔。

⑵N氣孔一般認(rèn)為其機(jī)理與H氣孔相似，多在焊縫表面，多數(shù)情況下成堆出現(xiàn)。焊接生產(chǎn)中由N引起的氣孔較少。2021/7/267303、氣孔的形態(tài)和特征2021/7/26730

⑶CO氣孔各種結(jié)構(gòu)鋼中均含有碳，焊接時(shí)將引起如下冶金反應(yīng)而產(chǎn)生大量CO：[C]+[O]=CO[FeO]+[C]=CO+Fe[MnO]+[C]=CO+Mn[SiO2]+[C]=2CO+SiCO氣體不溶于鋼，在熔池處于高溫時(shí)，可以以氣泡形式從熔池中逸出，不會(huì)形成氣孔。但在熔池凝固階段一方面由于成分偏析使液相中局部區(qū)域[FeO]和[C]含量提高，促使CO生成。另一方面，溫度降低，金屬熔池粘度加大，在快速結(jié)晶下CO來不及逸出變成氣孔。

CO氣孔沿結(jié)晶方向分布，象條蟲狀臥伏在焊縫內(nèi)部。2021/7/26830⑶CO氣孔2021/7/26830

注意：上述氣孔特征只是在正常情況下形成的。在某些特殊情況下，也會(huì)出現(xiàn)反常情況。例如：CO2氣體保護(hù)焊時(shí)，當(dāng)焊絲的脫氧能力不足的情況下，CO氣孔可能有內(nèi)部轉(zhuǎn)至焊縫表面。因此，在判斷氣孔的類型時(shí)，不應(yīng)只看氣孔的存在形式（一般特征），還應(yīng)考慮形成氣孔的具體條件。2021/7/26930注意：上述氣孔特征只是在正常情況下形成的。在某些特殊情況4.12焊縫中形成氣孔的機(jī)理研究表明，氣孔的形成大致經(jīng)歷形核、長大和上浮三個(gè)階段。

1、氣泡的生核

氣泡形核必須具備兩個(gè)條件：

①液態(tài)金屬中由過飽和氣體；②形核時(shí)需有能量（有現(xiàn)成表面存在時(shí)，可降低能量消耗）。

焊接時(shí)熔池金屬可以獲得大量的氣體（H、N、CO），所以這①條件較易滿足。

2021/7/2610304.12焊縫中形成氣孔的機(jī)理2021/7/261030

在焊接熔池中有現(xiàn)成表面存在的條件下，形成氣泡核所需的能量如下式：Ep=-（ph-pL）V+σA[1-Aa/A(1-cosθ）]

式中，Ep——形成氣泡核所需的能量；ph——?dú)馀輧?nèi)的氣體壓力；pL——液體壓力；V——?dú)馀莺说捏w積；

σ——相間張力；A——?dú)馀莺说谋砻娣e；Aa——吸附力的作用面積；

θ——?dú)馀莺撕同F(xiàn)成表面的沁潤角。

由上式可看出，氣泡依附在現(xiàn)成表面時(shí)，由于降低σ和提高Aa/A比值，使能量減少。2021/7/261130在焊接熔池中有現(xiàn)成表面存在的條件下，形成氣泡核所需的能量可以認(rèn)為，Aa/A的比值最大的地方就是最有可能產(chǎn)生氣泡的地方，樹枝晶相鄰的凹陷處和母材金屬尚未熔化晶粒的界面上Aa/A的比值最大，因此，在這些部位最易產(chǎn)生氣泡核。此外，當(dāng)Aa/A比值一定時(shí)，θ角越大，形成氣泡核所需的能量越小。2021/7/261230可以認(rèn)為，Aa/A的比值最大的地方就是最有可能產(chǎn)生氣泡的地方2、氣泡長大

氣泡核形成后，要繼續(xù)長大，應(yīng)滿足以下條件：

ph＞po式中，ph——?dú)馀輧?nèi)部壓力；

ph=pH2+pN2+pCO+pH2O+…

po——阻礙氣泡長大的外部壓力。在具體條件下，只有一種氣體起主要作用，而其它氣體起輔助作用。

外部壓力包括：大氣壓力、液態(tài)金屬、熔渣的壓力和表面張力引起的附加壓力。若氣泡核附著在液固相表面時(shí)，表面張力引起的附加壓力將減小，氣泡便易于長大。2021/7/2613302、氣泡長大2021/7/2613303、氣泡上浮當(dāng)氣泡長大到一定程度，便會(huì)脫離所附著的表面上浮。氣泡脫離現(xiàn)成表面的能力取決于液態(tài)金屬、氣相、現(xiàn)成表面之間的張力，即：cosθ=(σ1.g-σ1.2)/σ2.g

式中，θ——?dú)馀菖c現(xiàn)成表面的浸潤角；

σ1.g——現(xiàn)成表面與氣泡間的表面張力；

σ1.2——現(xiàn)成表面與熔池金屬間的表面張力；

σ2.g——熔池金屬與氣泡間的表面張力。2021/7/2614303、氣泡上浮2021/7/261430當(dāng)θ＜90°時(shí)，有利于氣泡逸出；當(dāng)θ＞90°時(shí)，若結(jié)晶速度較大，氣泡來不及逸出而形成氣孔。凡是能減小σ2.g和σ1.2，以及增大σ1.g的因素都有利于氣泡快速逸出，因?yàn)檫@可以減小θ值。2021/7/2615302021/7/261530當(dāng)結(jié)晶速度較小時(shí)，氣泡可以有充分的時(shí)間逸出，易于得到無氣孔的焊縫；當(dāng)結(jié)晶速度較大時(shí)，氣泡有可能來不及逸出而形成氣孔；在結(jié)晶過程中，如果氣泡逸出速度比結(jié)晶速度更大，焊縫不會(huì)產(chǎn)生氣孔。氣泡的半徑越大，熔池中液態(tài)金屬的密度越大，粘度越小時(shí)，氣泡的上浮速度就越大，焊縫就不易產(chǎn)生氣孔。

綜上所述，氣孔形成過程與結(jié)晶過程有些類似，也是由生核、核長大組成，當(dāng)氣泡長大到一定程度便開始上浮，在不利條件下（當(dāng)氣泡的浮出速度小于結(jié)晶速度時(shí)）就有可能殘留在焊縫中形成氣孔。2021/7/261630當(dāng)結(jié)晶速度較小時(shí)，氣泡可以有充分的時(shí)間逸出，易于得到無氣孔的4.1.3影響因素及防治措施

1、冶金因素的影響主要是指焊接材料的成分及冶金反應(yīng)、熔渣的氧化性、藥皮或焊劑的冶金反應(yīng)、保護(hù)氣體的氣氛、鐵銹和水分等因素對(duì)產(chǎn)生氣孔的影響。⑴熔渣氧化性的影響

①當(dāng)熔渣氧化性增大時(shí)，由CO引起氣孔的傾向是增加的；

②熔渣的還原性增大時(shí)，H氣孔的傾向增加。因此，適當(dāng)調(diào)整熔渣的氧化性，可以有效地防止焊縫中這兩種類型的氣孔。2021/7/2617304.1.3影響因素及防治措施2021/7/焊條類型焊縫中含量氧化性氣孔傾向[O]%[C]×[O]×10-4％[H]ml/100g)J424-10.00464.378.80增加較多氣孔（H）J424-2————6.82個(gè)別氣孔（H）J424-30.027123.035.24無氣孔J424-40.044831.364.53無氣孔J424-50.074346.073.47較多氣孔（CO）J424-60.111357.882.70更多氣孔（CO）J507-10.00353.323.90增加個(gè)別氣孔（H）J507-20.00242.163.17無氣孔J507-30.00474.042.80無氣孔J507-40.016012.162.61無氣孔J507-50.039027.301.99更多氣孔（CO）J507-60.168094.080.80密集大量氣孔（CO）表不同類型焊條的氧化性對(duì)氣孔的影響2021/7/261830焊條類型焊縫中含量氧化性氣孔傾向[O]%[C]×[O]×

從上表可看出，無論是酸性還是堿性焊條焊縫中，產(chǎn)生氣孔的傾向都隨氧化性的增加而出現(xiàn)CO氣孔，并隨氧化性的減?。ɑ蜻€原性增加），CO氣孔減少，到達(dá)到一定程度時(shí)，出現(xiàn)H氣孔。2021/7/261930從上表可看出，無論是酸性還是堿性焊條焊縫中，⑵藥皮和焊劑冶金反應(yīng)的影響以低碳鋼和低合金鋼焊接用的焊條和焊劑為例。一般堿性焊條的藥皮中均含有一定量的瑩石（CaF2），焊接時(shí)直接與H發(fā)生反應(yīng)：CaF2+H2O=CaO+2HFCaF2+H=CaF+HFCaF2+2H=Ca+2HF埋弧焊用HJ431中也含有一定量的瑩石和較多的SiO2，焊接時(shí)將發(fā)生以下反應(yīng)：2CaF2+3SiO2=SiF4+2CaSiO3SiF4+2H2O=SiO2+4HFSiF4+3H=SiF+3HFSiF4+4H+O=SiO+4HF2021/7/262030⑵藥皮和焊劑冶金反應(yīng)的影響2021/7/262030在藥皮和焊劑中適當(dāng)增加氧化物含量，如FeO、SiO2、MnO等，對(duì)于消除H氣孔也有利。FeO+H=Fe+OHMn+H=Mn+OHSiO2+H=SiO+OH生成的OH不溶于液體金屬，占據(jù)大量的H而消除氣孔。酸性焊條藥皮（如J422、J423、J424）中不含CaF2，控制H主要依靠藥皮中有較強(qiáng)氧化性的組成物，以防H氣孔的產(chǎn)生。堿性焊條藥皮（如J506、J507）中除含CaF2外，常加入一定量的碳酸鹽（如CaCO3，MgCO3等），焊接時(shí)分解大量CO2，高溫下與H反應(yīng)生成OH和H2O，同樣具有防止H氣孔的作用。但CO2氧化性過強(qiáng)，還原不足時(shí)，會(huì)導(dǎo)致生成CO氣孔。2021/7/262130在藥皮和焊劑中適當(dāng)增加氧化物含量，如FeO、SiO2、Mn⑶鐵銹及水分的影響焊件表面的鐵銹、油污和水分，以及焊接材料不潔常是導(dǎo)致焊縫中氣孔的重要因素。鐵銹的成分是mFe2O3.nH2O,含有較多的Fe2O3和結(jié)晶水，對(duì)熔池即起氧化作用，又析出大量的H，加熱時(shí)反應(yīng)如下：3Fe2O3=2Fe3O4+O2Fe3O4+H2O=3Fe2O3+H2Fe+H2O=FeO+H2

由于增加氧化作用，在焊縫結(jié)晶時(shí)會(huì)促成CO氣孔；結(jié)晶水在高溫時(shí)分解出H2，增加生成H氣孔的可能。2021/7/262230⑶鐵銹及水分的影響2021/7/262230鋼板表面的氧化鐵（主要是Fe3O4，F(xiàn)e2O3少量）雖無結(jié)晶水，但對(duì)生成CO氣孔有影響。焊條焊劑受潮或烘干不足而殘存水分，及空氣潮濕都會(huì)增加氣孔傾向。因此，焊接材料焊前必須烘干，堿性焊條烘干溫度為350-400℃，酸性焊條為200℃。2021/7/262330鋼板表面的氧化鐵（主要是Fe3O4，F(xiàn)e2O3少量）雖無結(jié)晶2、工藝因素

主要指焊接工藝參數(shù)和操作技巧等方面對(duì)產(chǎn)生氣孔的影響。⑴焊接工藝參數(shù)的影響增大焊接熱輸入會(huì)延長熔池存在時(shí)間，有利于氣體逸出而減少氣孔。通常是靠降低焊接速度而不是過分地增大焊接電流和電弧電壓來增大熱輸入。因?yàn)樵龃蠛附与娏鲿?huì)使電弧溫度增高，H的分解度增大；另外熔滴變細(xì)，其比表面積增大，高溫下有利于吸收更多的H，反而增大氣孔傾向。當(dāng)焊接電流過大時(shí)，焊條芯電阻熱增大，造成藥皮發(fā)紅、造氣劑提前分解，氣孔傾向更大。所以，應(yīng)采用較小的焊接電流焊接。2021/7/2624302、工藝因素2021/7/262430埋弧焊時(shí)，增大焊接電流，熔深加大，氣泡逸出路徑長，故其氣孔傾向比手工電弧焊時(shí)大；手工電弧焊時(shí)，隨著電弧電壓的升高或電弧長度拉長，熔滴過渡時(shí)間增長，容氫量增大，H氣孔傾向增大；另外，電弧拉長，空氣中的N將侵入而出現(xiàn)N氣孔。提高焊接速度，往往因結(jié)晶速度加快，使氣體來不及逸出而出現(xiàn)氣孔。⑵電流種類及極性的影響一般來講，交流焊時(shí)較直流焊時(shí)氣孔傾向大；直流反接較正接時(shí)氣孔傾向大。2021/7/262530埋弧焊時(shí)，增大焊接電流，熔深加大，氣泡逸出路徑長，故其氣孔傾⑶工藝操作的影響主要注意以下幾個(gè)方面：焊前仔細(xì)清除焊件、焊絲上的鐵銹、油污等雜質(zhì)焊條、焊劑用前應(yīng)按規(guī)定烘干，最好烘后放在保溫桶內(nèi)，隨時(shí)取用；焊接工藝參數(shù)要保持穩(wěn)定，用低氫型焊條時(shí)應(yīng)盡量采取短弧焊，適當(dāng)擺動(dòng)配合，以利氣體逸出；直流焊接時(shí)，應(yīng)防止磁偏吹，磁偏吹破壞電弧的穩(wěn)定性，也是保護(hù)效果變壞；定位焊時(shí)，常因冷卻過快或保護(hù)不良，而產(chǎn)生氣孔。2021/7/262630⑶工藝操作的影響2021/7/262630二、焊縫中的夾雜夾雜：由焊接冶金反應(yīng)產(chǎn)生的、焊后殘留在焊縫金屬中的微粒、非金屬雜質(zhì)，如氧化物、硫化物等。焊縫或母材中有夾雜物存在時(shí)，不僅降低焊縫金屬的韌性，增加低溫脆性，同時(shí)也增加了熱裂紋和層狀撕裂的傾向。2021/7/262730二、焊縫中的夾雜2021/7/262730⑴夾雜物的種類及危害①氧化物在手工電弧焊和埋弧焊焊接鋼材時(shí)氧化物夾雜主要是SiO2，其次是MnO，TiO2和Al2O3等，多以硅酸鹽形式存在；由于這些氧化物主要是在冶金反應(yīng)中產(chǎn)生，如果熔池中的脫氧反應(yīng)越充分，則焊縫中的氧化物夾雜就越少；在焊接過程中由于操作不當(dāng)，也能使熔渣混入焊縫造成夾雜氧化夾雜如果以密集的塊狀或片狀分布時(shí)，常引起熱裂紋。2021/7/262830⑴夾雜物的種類及危害2021/7/262830②氮化物焊接碳鋼和低合金鋼時(shí)，若保護(hù)不良，大氣中的N會(huì)溶解到液態(tài)金屬熔滴和熔池中，當(dāng)結(jié)晶速度很快時(shí)，N來不及析出而呈過飽和狀態(tài)，固溶于焊縫金屬中。在時(shí)效過程中以Fe4N的形式析出，并以針狀分布在晶粒上或貫穿晶界。Fe4N是一種脆硬化合物，其含量高時(shí)，使焊縫硬度提高塑性、韌性急劇下降。氮化物具有強(qiáng)化作用，可作為合金元素加入鋼中。例如：鋼中含有Mo、V、Nb、Ti等合金元素時(shí)，若能與氮形成彌散狀的氮化物，就可以在不過多損失韌性的條件下，大幅度地提高強(qiáng)度。經(jīng)正火處理后，可使鋼材具有良好的綜合力學(xué)性能。2021/7/262930②氮化物2021/7/262930③硫化物來源于焊條藥皮或焊劑，經(jīng)冶金反應(yīng)進(jìn)入熔池的。此外，母材和焊絲中含硫量偏高，也會(huì)造成硫化物夾雜。硫化物主要以FeS和MnS形式存在。MnS一般呈小顆粒狀彌散分布焊縫金屬中，對(duì)焊縫影響不大；FeS多在晶界處析出，并與Fe或FeO形成低熔點(diǎn)（998℃）共晶，從而為產(chǎn)生熱裂紋創(chuàng)造了條件。因此，焊接時(shí)，應(yīng)盡可能限制母材和焊接材料中的硫含量。近年來，對(duì)硫化物夾雜的危害有不同看法，從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鋼中含硫量低時(shí)（S≈0），反而引起裂紋。當(dāng)有微量硫化物彌散分布于金屬中，具有溶氫作用，使氫不易聚集，降低了氫的有害作用，因而提高了抗裂性。2021/7/263030③硫化物2021/7/263030⑵防止焊縫中夾雜物的措施①控制其來源，嚴(yán)格控制母材和焊材中雜質(zhì)含量；②正確選擇焊條或焊劑，以保證能充分的脫氧和脫硫；③注意工藝操作：a、選用合適的焊接工藝參數(shù)，保證熔渣和雜質(zhì)的浮出；b、多層焊時(shí)，注意清除前層焊道的熔渣；c、手工電弧焊時(shí)，注意焊條作適當(dāng)擺動(dòng)，以利于熔渣和夾雜物上?。籨、加強(qiáng)對(duì)熔池的保護(hù)，防止空氣侵入。2021/7/263130⑵防止焊縫中夾雜物的措施2021/7/2631302021/7/26322021/7/2632(最新整理)第15講焊接氣孔和夾雜2021/7/2633(最新整理)第15講焊接氣孔和夾雜2021/7/261第四章焊接氣孔和裂紋

第15講2021/7/263430第四章焊接氣孔和裂紋第15講2021/7/262304.1焊接氣孔氣孔和夾雜是焊縫中經(jīng)常遇到的兩種缺陷，他們都是在熔池金屬結(jié)晶過程中產(chǎn)生的。氣孔和夾雜不僅削弱焊縫的有效工作斷面，而且也帶來應(yīng)力集中，顯著降低焊縫金屬的強(qiáng)度和韌性，對(duì)動(dòng)載強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度更為不利，有時(shí)會(huì)引起裂紋或影響焊縫氣密性。2021/7/2635304.1焊接氣孔氣孔和夾雜是焊縫中經(jīng)常遇到的兩種缺陷，他們都4.1.1氣孔的類型及其分布特征從碳鋼到低合金鋼、有色金屬幾乎都有可能產(chǎn)生氣孔。一些可能產(chǎn)生氣孔的原因：焊條、焊劑烘干不足被焊金屬和焊絲表面有銹、油污或其他雜質(zhì)焊接工藝不穩(wěn)定（電弧電壓偏高、焊速太大和電流太小等）焊接區(qū)保護(hù)不良等電渣焊焊低碳鋼時(shí)，由于脫氧不足，在焊縫中出現(xiàn)氣孔手弧焊時(shí)如有銹，則可能在焊縫表面出現(xiàn)氣孔2021/7/2636304.1.1氣孔的類型及其分布特征2021/7/264301、氣孔的類型⑴按其所在位置分：

①表面氣孔②內(nèi)部氣孔（需通過無損探傷發(fā)現(xiàn)）

⑵按其分布分：

①單個(gè)存在②密集成堆③貫穿整個(gè)焊縫④彌散于焊縫內(nèi)部⑶按形成氣孔的氣體分：

①H氣孔②N氣孔③CO氣孔2021/7/2637301、氣孔的類型2021/7/26530

2、氣孔的來源⑴高溫時(shí)某些氣體溶解于熔池金屬中，當(dāng)凝固和相變時(shí)，氣體的溶解度降低而來不及逸出，殘留在焊縫內(nèi)部的氣體，如H和N；⑵由于冶金反應(yīng)產(chǎn)生的不溶于金屬的氣體，如CO和H2O。形成氣孔的各種氣體的來源各不相同，但都是在焊縫凝固過程中來不及逸出而形成的。2021/7/2638302、氣孔的來源2021/7/26630

3、氣孔的形態(tài)和特征

⑴H氣孔對(duì)于低碳鋼和低合金鋼，H氣孔大多數(shù)出現(xiàn)在焊縫表面，氣孔斷面呈螺旋狀，內(nèi)壁光滑，在焊縫表面呈喇叭狀開口。個(gè)別情況下，H氣孔也會(huì)出現(xiàn)在焊縫內(nèi)部，如：焊條藥皮中含有較多的結(jié)晶水，使焊縫中的含氫量過高，焊縫凝固時(shí)來不及上浮而殘留在焊縫內(nèi)部。Al、Mg合金焊接時(shí)，H氣孔常出現(xiàn)在焊縫內(nèi)部。H氣孔是在結(jié)晶過程中形成的，在相鄰樹枝晶的凹陷最深處產(chǎn)生，浮出困難。但氫又具有較大的擴(kuò)散能力，極力掙脫現(xiàn)成表面，上浮逸出，兩者綜合作用的結(jié)果是形成了喇叭口型的表面氣孔。

⑵N氣孔一般認(rèn)為其機(jī)理與H氣孔相似，多在焊縫表面，多數(shù)情況下成堆出現(xiàn)。焊接生產(chǎn)中由N引起的氣孔較少。2021/7/2639303、氣孔的形態(tài)和特征2021/7/26730

⑶CO氣孔各種結(jié)構(gòu)鋼中均含有碳，焊接時(shí)將引起如下冶金反應(yīng)而產(chǎn)生大量CO：[C]+[O]=CO[FeO]+[C]=CO+Fe[MnO]+[C]=CO+Mn[SiO2]+[C]=2CO+SiCO氣體不溶于鋼，在熔池處于高溫時(shí)，可以以氣泡形式從熔池中逸出，不會(huì)形成氣孔。但在熔池凝固階段一方面由于成分偏析使液相中局部區(qū)域[FeO]和[C]含量提高，促使CO生成。另一方面，溫度降低，金屬熔池粘度加大，在快速結(jié)晶下CO來不及逸出變成氣孔。

CO氣孔沿結(jié)晶方向分布，象條蟲狀臥伏在焊縫內(nèi)部。2021/7/264030⑶CO氣孔2021/7/26830

注意：上述氣孔特征只是在正常情況下形成的。在某些特殊情況下，也會(huì)出現(xiàn)反常情況。例如：CO2氣體保護(hù)焊時(shí)，當(dāng)焊絲的脫氧能力不足的情況下，CO氣孔可能有內(nèi)部轉(zhuǎn)至焊縫表面。因此，在判斷氣孔的類型時(shí)，不應(yīng)只看氣孔的存在形式（一般特征），還應(yīng)考慮形成氣孔的具體條件。2021/7/264130注意：上述氣孔特征只是在正常情況下形成的。在某些特殊情況4.12焊縫中形成氣孔的機(jī)理研究表明，氣孔的形成大致經(jīng)歷形核、長大和上浮三個(gè)階段。

1、氣泡的生核

氣泡形核必須具備兩個(gè)條件：

①液態(tài)金屬中由過飽和氣體；②形核時(shí)需有能量（有現(xiàn)成表面存在時(shí)，可降低能量消耗）。

焊接時(shí)熔池金屬可以獲得大量的氣體（H、N、CO），所以這①條件較易滿足。

2021/7/2642304.12焊縫中形成氣孔的機(jī)理2021/7/261030

在焊接熔池中有現(xiàn)成表面存在的條件下，形成氣泡核所需的能量如下式：Ep=-（ph-pL）V+σA[1-Aa/A(1-cosθ）]

式中，Ep——形成氣泡核所需的能量；ph——?dú)馀輧?nèi)的氣體壓力；pL——液體壓力；V——?dú)馀莺说捏w積；

σ——相間張力；A——?dú)馀莺说谋砻娣e；Aa——吸附力的作用面積；

θ——?dú)馀莺撕同F(xiàn)成表面的沁潤角。

由上式可看出，氣泡依附在現(xiàn)成表面時(shí)，由于降低σ和提高Aa/A比值，使能量減少。2021/7/264330在焊接熔池中有現(xiàn)成表面存在的條件下，形成氣泡核所需的能量可以認(rèn)為，Aa/A的比值最大的地方就是最有可能產(chǎn)生氣泡的地方，樹枝晶相鄰的凹陷處和母材金屬尚未熔化晶粒的界面上Aa/A的比值最大，因此，在這些部位最易產(chǎn)生氣泡核。此外，當(dāng)Aa/A比值一定時(shí)，θ角越大，形成氣泡核所需的能量越小。2021/7/264430可以認(rèn)為，Aa/A的比值最大的地方就是最有可能產(chǎn)生氣泡的地方2、氣泡長大

氣泡核形成后，要繼續(xù)長大，應(yīng)滿足以下條件：

ph＞po式中，ph——?dú)馀輧?nèi)部壓力；

ph=pH2+pN2+pCO+pH2O+…

po——阻礙氣泡長大的外部壓力。在具體條件下，只有一種氣體起主要作用，而其它氣體起輔助作用。

外部壓力包括：大氣壓力、液態(tài)金屬、熔渣的壓力和表面張力引起的附加壓力。若氣泡核附著在液固相表面時(shí)，表面張力引起的附加壓力將減小，氣泡便易于長大。2021/7/2645302、氣泡長大2021/7/2613303、氣泡上浮當(dāng)氣泡長大到一定程度，便會(huì)脫離所附著的表面上浮。氣泡脫離現(xiàn)成表面的能力取決于液態(tài)金屬、氣相、現(xiàn)成表面之間的張力，即：cosθ=(σ1.g-σ1.2)/σ2.g

式中，θ——?dú)馀菖c現(xiàn)成表面的浸潤角；

σ1.g——現(xiàn)成表面與氣泡間的表面張力；

σ1.2——現(xiàn)成表面與熔池金屬間的表面張力；

σ2.g——熔池金屬與氣泡間的表面張力。2021/7/2646303、氣泡上浮2021/7/261430當(dāng)θ＜90°時(shí)，有利于氣泡逸出；當(dāng)θ＞90°時(shí)，若結(jié)晶速度較大，氣泡來不及逸出而形成氣孔。凡是能減小σ2.g和σ1.2，以及增大σ1.g的因素都有利于氣泡快速逸出，因?yàn)檫@可以減小θ值。2021/7/2647302021/7/261530當(dāng)結(jié)晶速度較小時(shí)，氣泡可以有充分的時(shí)間逸出，易于得到無氣孔的焊縫；當(dāng)結(jié)晶速度較大時(shí)，氣泡有可能來不及逸出而形成氣孔；在結(jié)晶過程中，如果氣泡逸出速度比結(jié)晶速度更大，焊縫不會(huì)產(chǎn)生氣孔。氣泡的半徑越大，熔池中液態(tài)金屬的密度越大，粘度越小時(shí)，氣泡的上浮速度就越大，焊縫就不易產(chǎn)生氣孔。

綜上所述，氣孔形成過程與結(jié)晶過程有些類似，也是由生核、核長大組成，當(dāng)氣泡長大到一定程度便開始上浮，在不利條件下（當(dāng)氣泡的浮出速度小于結(jié)晶速度時(shí)）就有可能殘留在焊縫中形成氣孔。2021/7/264830當(dāng)結(jié)晶速度較小時(shí)，氣泡可以有充分的時(shí)間逸出，易于得到無氣孔的4.1.3影響因素及防治措施

1、冶金因素的影響主要是指焊接材料的成分及冶金反應(yīng)、熔渣的氧化性、藥皮或焊劑的冶金反應(yīng)、保護(hù)氣體的氣氛、鐵銹和水分等因素對(duì)產(chǎn)生氣孔的影響。⑴熔渣氧化性的影響

①當(dāng)熔渣氧化性增大時(shí)，由CO引起氣孔的傾向是增加的；

②熔渣的還原性增大時(shí)，H氣孔的傾向增加。因此，適當(dāng)調(diào)整熔渣的氧化性，可以有效地防止焊縫中這兩種類型的氣孔。2021/7/2649304.1.3影響因素及防治措施2021/7/焊條類型焊縫中含量氧化性氣孔傾向[O]%[C]×[O]×10-4％[H]ml/100g)J424-10.00464.378.80增加較多氣孔（H）J424-2————6.82個(gè)別氣孔（H）J424-30.027123.035.24無氣孔J424-40.044831.364.53無氣孔J424-50.074346.073.47較多氣孔（CO）J424-60.111357.882.70更多氣孔（CO）J507-10.00353.323.90增加個(gè)別氣孔（H）J507-20.00242.163.17無氣孔J507-30.00474.042.80無氣孔J507-40.016012.162.61無氣孔J507-50.039027.301.99更多氣孔（CO）J507-60.168094.080.80密集大量氣孔（CO）表不同類型焊條的氧化性對(duì)氣孔的影響2021/7/265030焊條類型焊縫中含量氧化性氣孔傾向[O]%[C]×[O]×

從上表可看出，無論是酸性還是堿性焊條焊縫中，產(chǎn)生氣孔的傾向都隨氧化性的增加而出現(xiàn)CO氣孔，并隨氧化性的減?。ɑ蜻€原性增加），CO氣孔減少，到達(dá)到一定程度時(shí)，出現(xiàn)H氣孔。2021/7/265130從上表可看出，無論是酸性還是堿性焊條焊縫中，⑵藥皮和焊劑冶金反應(yīng)的影響以低碳鋼和低合金鋼焊接用的焊條和焊劑為例。一般堿性焊條的藥皮中均含有一定量的瑩石（CaF2），焊接時(shí)直接與H發(fā)生反應(yīng)：CaF2+H2O=CaO+2HFCaF2+H=CaF+HFCaF2+2H=Ca+2HF埋弧焊用HJ431中也含有一定量的瑩石和較多的SiO2，焊接時(shí)將發(fā)生以下反應(yīng)：2CaF2+3SiO2=SiF4+2CaSiO3SiF4+2H2O=SiO2+4HFSiF4+3H=SiF+3HFSiF4+4H+O=SiO+4HF2021/7/265230⑵藥皮和焊劑冶金反應(yīng)的影響2021/7/262030在藥皮和焊劑中適當(dāng)增加氧化物含量，如FeO、SiO2、MnO等，對(duì)于消除H氣孔也有利。FeO+H=Fe+OHMn+H=Mn+OHSiO2+H=SiO+OH生成的OH不溶于液體金屬，占據(jù)大量的H而消除氣孔。酸性焊條藥皮（如J422、J423、J424）中不含CaF2，控制H主要依靠藥皮中有較強(qiáng)氧化性的組成物，以防H氣孔的產(chǎn)生。堿性焊條藥皮（如J506、J507）中除含CaF2外，常加入一定量的碳酸鹽（如CaCO3，MgCO3等），焊接時(shí)分解大量CO2，高溫下與H反應(yīng)生成OH和H2O，同樣具有防止H氣孔的作用。但CO2氧化性過強(qiáng)，還原不足時(shí)，會(huì)導(dǎo)致生成CO氣孔。2021/7/265330在藥皮和焊劑中適當(dāng)增加氧化物含量，如FeO、SiO2、Mn⑶鐵銹及水分的影響焊件表面的鐵銹、油污和水分，以及焊接材料不潔常是導(dǎo)致焊縫中氣孔的重要因素。鐵銹的成分是mFe2O3.nH2O,含有較多的Fe2O3和結(jié)晶水，對(duì)熔池即起氧化作用，又析出大量的H，加熱時(shí)反應(yīng)如下：3Fe2O3=2Fe3O4+O2Fe3O4+H2O=3Fe2O3+H2Fe+H2O=FeO+H2

由于增加氧化作用，在焊縫結(jié)晶時(shí)會(huì)促成CO氣孔；結(jié)晶水在高溫時(shí)分解出H2，增加生成H氣孔的可能。2021/7/265430⑶鐵銹及水分的影響2021/7/262230鋼板表面的氧化鐵（主要是Fe3O4，F(xiàn)e2O3少量）雖無結(jié)晶水，但對(duì)生成CO氣孔有影響。焊條焊劑受潮或烘干不足而殘存水分，及空氣潮濕都會(huì)增加氣孔傾向。因此，焊接材料焊前必須烘干，堿性焊條烘干溫度為350-400℃，酸性焊條為200℃。2021/7/265530鋼板表面的氧化鐵（主要是Fe3O4，F(xiàn)e2O3少量）雖無結(jié)晶2、工藝因素

主要指焊接工藝參數(shù)和操作技巧等方面對(duì)產(chǎn)生氣孔的影響。⑴焊接工藝參數(shù)的影響增大焊接熱輸入會(huì)延長熔池存在時(shí)間，有利于氣體逸出而減少氣孔。通常是靠降低焊接速度而不是過分地增大焊接電流和電弧電壓來增大熱輸入。因?yàn)樵龃蠛附与娏鲿?huì)使電弧溫度增高，H的分解度增大；另外熔滴變細(xì)，其比表面積增大，高溫下有利于吸收更多的H，反而增大氣孔傾向。當(dāng)焊接電流過大時(shí)，焊條芯電阻熱增大，造成藥皮發(fā)紅、造氣劑提前分解，氣孔傾向更大。所以，應(yīng)采用較小的焊接電流焊接。2021/7/2656302、工藝因素2021/7/262430埋弧焊時(shí)，增大焊接電流，熔深加大，氣泡逸出路徑長，故其氣孔傾向比手工電弧焊時(shí)大；手工電弧焊時(shí)，隨著電弧電壓的升高或電弧長度拉長，熔滴過渡時(shí)間增長，容氫量增大，H氣孔傾向增大；另外，電弧拉長，空氣中的N將侵入而出現(xiàn)N氣孔。提高焊接速度，往往因結(jié)晶速度加快，使氣體來不及逸出而出現(xiàn)氣孔。⑵電流種類及極性的影響一般來講，交流焊時(shí)較直流焊時(shí)氣孔傾向大；直流反