焊缝气孔缺陷的成因及防治措施.pdf

2023年7月总第337期陕西建筑1 6 4焊缝气孔缺陷的成因及防治措施叶丽芬（陕西建工泾渭钢结构有限公司 西安 7 1 3 7 0 0）摘 要：构件焊接过程中容易形成各种类型的缺陷，其中焊缝气孔是比较典型的缺陷之一，本文论述了焊缝气孔的形成原理及分类，并从冶金、工艺、材料三方面阐述了气孔缺陷的成因及防治措施。关键词：焊缝气孔；缺陷；防治措施中图分类号：T U 7 1 2+.3 文献标识码：A作者简介：叶丽芬，本科，工程师，主要研究方向：建筑钢结构制造。0 引言焊缝气孔是一种比较严重的焊接质量缺陷，减少了焊接接头的有效工作面积，降低焊缝的屈服强度和抗拉强度，严重的时候会引起冷裂纹、疲劳裂纹等再生缺陷，形成结构安全隐患。因此研究焊缝气孔缺陷的成因及防治措施，对保证焊接构件的质量和项目结构安全有重要的意义。1 气孔的形成原理及分类焊缝气孔是焊接时熔池中的气泡在熔池金属凝固时未能及时逸出而残留下来形成的空穴。常温固态金属中的气体溶解度只有高温液态金属中气体溶解度的几十分之一至几百份之一，熔池金属在凝固过程中，有大量的气体要从金属熔池中逸出。当液态金属的凝固速度大于气体逸出速度，熔池内气体无法及时逸出，就形成了气孔。焊缝气孔根据不同的特征有不同的分类形式，根据产生气孔的气体的种类不同，可以分为氢气孔、氮气孔和C O 气孔 1。1.1 氢气孔焊接区的氢来源有多方面，如焊丝及焊件表面的铁锈、油污，焊条、焊剂以及保护气体中含有的水分等。油污为碳氢化合物，铁锈中含有结晶水，他们在电弧高温下都能分解出氢气，熔池凝固时，氢气不能及时从熔池中逃逸，形成了气孔。氢气孔主要呈球状。一般集中在焊缝的表面，特殊情况也在焊缝内部（图1）。1.2 氮气孔氮气孔成因主要是焊接过程中焊接区没有得到充分的保护，有较多的空气侵入熔池所致。造成保护气层失效的因素有：气体流量过小，不足以保护焊缝区；喷嘴与工件间的距离过大，空气容易侵入；操作场地有风，破坏了气体保护层等。氮气孔一般形成于焊缝的表面，呈蜂窝状，或者以弥散形式的2023年7月总第337期陕西建筑1 6 5微气孔分布于焊缝金属中(图2）。1.3 C O气孔C O 气孔主要形成于冶金过程，当焊丝中的脱氧元素含量不足时，焊接过程中就有较多的氧化铁与碳发生反应形成C 0：F e O+C=C O+F e。此类气孔一般呈条虫状（图3）。2 气孔缺陷的成因及防治措施焊接是一个复杂的过程，焊缝气孔缺陷形成原因也繁杂多样，总的来说主要分为冶金、工艺、材料三个方面。2.1 冶金方面（1）熔渣氧化性的影响。当熔渣氧化性增强时，C O 气孔增多，当熔渣还原性增大时，氢气孔增多。因此要降低气孔形成倾向就要根据焊件、焊条、焊剂等具体情况适当调整熔渣的氧化性。（2）焊条药皮和焊剂成分的影响。碱性焊条药皮中含有萤石（C a F2），低碳钢埋弧焊焊剂中也含有一定的萤石和S i O2，焊接时产生大量稳定的气体化合物H F，大量的H 被结合，从而降低了氢气孔的形成。酸性焊条中含有较强的氧化性药皮组成物来可以防止氢气孔的产生。（3）焊件表面的铁锈、油污和水分的影响。铁锈中含有大图1 氢气孔示意图图2 氮气孔示意图图3 CO气孔示意图2023年7月总第337期陕西建筑1 6 6量F e2O3和结晶水，容易产生C O气体和氢气体。在焊前要清除焊丝表面、坡口及焊接面附近2 0-3 0 m m 范围内的的油污、水分、氧化膜，锈蚀等。2.2 工艺方面（1）焊接工艺参数的影响。电流过大会使熔滴变细，表面积增大，熔滴中吸收气体量大，增加了气孔倾向。过高的电压，易使空气中的氮侵入熔池，出现氮气孔。焊接速度快，结晶速度也快，焊缝中的气体没有足够的时间逃逸出现气孔。工艺参数其实影响的是熔池金属凝固时间，凝固时间越快，气体逃逸越困难，越容易产生气孔缺陷。因此焊接过程要选择合适的焊接参数并保持稳，控制焊接电流、电弧长度和焊接速度。对于低氢焊条应尽量采用短弧焊，并配合摆动，利于气体的逸出。焊接时焊枪、焊丝、工件之间保持正确的位置和相对角度，保持电弧稳定和弧长的高度均匀一致，保证焊接气体对熔池的保护，同时调整焊枪角度，避免空气从后部进入熔池。（2）横焊或仰焊时因为气体排出条件不利，比平焊更容易产生气孔。立焊时的气孔产生倾向与向上或向下施焊有关。向下立焊时液态金属熔滴向下坠落，容易卷入控制，且不利于气体排出，形成气孔缺陷。仰焊时，为了避免铁水因自重下坠滴落，造成焊道烧穿或在仰焊位置形成根焊内凹，往往采用断弧焊。断弧焊的过程中不停的引弧、熄弧，电弧被不断拉长，造成气体保护不良，空气侵入液态金属。采用连弧焊，焊条移动速度快，焊道薄，可使电弧、熔滴、熔池得到有效保护，减少气孔的产生。（3）焊接电流种类和极性的影响。一般情况下，交流焊接比直流焊接更容易产生气孔，直流正接的气孔形成倾向大于直流反接。（4）电弧磁偏的影响 2。电弧磁偏吹会在焊缝中产生气孔，因此要在焊接过程中尽量避免产生磁偏吹。在操作上适当调整焊条倾角，采用短弧焊并将焊条朝偏吹方向倾斜。直流电比交流电源更容易产生磁偏吹，所以焊接过程尽可能采用交流电源。交流电焊接时，变化的磁场在导体中产生感应电流，而感应电流产生的磁场削弱了焊接电流所引起的磁场，从而控制了磁偏吹。工件上焊接电缆的连接位置尽可能原理焊缝终端，避免部分焊接电缆在工件上产生二次磁场。2.3 焊接材料和环境方面（1）焊接材料吸潮、保护气体中水分含量增加增大了气孔生产的倾向。焊条和焊剂在焊前应严格烘干，烘干后放在专用烘干箱或保温筒内保管，随用随取。（2）气体保护焊时，当焊接环境的风速超过2 m/s，保护气体不稳定而成为紊流状态，失去保护作用，因此气体保护焊时必须采取有效措施防风以保障焊接电弧区域不受影响 3。（3）气体保护焊时，保护气体的纯度对焊接质量有较大的影响。氩弧焊时，氩气纯度不得低于9 9.9 5%，氩气流量保持稳定。3 结语气孔是典型的焊接质量缺陷之一，气孔形成的原因复杂，我们应该了解其产生的机理，知道其影响因素，从而能找到很好的防治措施，有效防止气孔的产生，提高构件焊接质量。参考文献 1 李亚江.刘强.王娟.焊接质量控制与检验.化学工业出版社：0 5 0-0 5 1.2 周文军.张能武.焊接工艺使用手册.化学工业出版社：0 6 5.3 钢结构焊接规范 G B 5 0 6 6 1-2 0 0 1:7 8。