焊接氣孔形成（chéng）因素分析（xī）及分類

所謂氣孔，是指焊縫中氣體形成的孔洞。氣孔是焊縫中常見的一種缺陷。它的（de）存在減少了焊縫的有效（xiào）截麵積，集中了應力，破壞了焊縫的致密性，使焊件失（shī）效。

焊縫中有表麵（miàn）氣（qì）孔（kǒng）、內部氣孔或根部氣孔（kǒng），如電渣（zhā）焊焊（hàn）縫中的內部氣孔和穿透氣孔。從分布來看，有單個孔（kǒng）隙，也有成（chéng）堆的致密孔隙。

形成（chéng）孔隙的氣體包括氫氣、氮氣、一氧化碳和水蒸氣。氫氣和氮氣在高溫下（xià）溶解在金屬中。在凝固過（guò）程（chéng）中，液固階段氫（qīng）氣和（hé）氮氣的溶（róng）解度突然下降，來（lái）不及逃逸，留在（zài）金屬中。一氧化碳和水（shuǐ）蒸汽是金屬冶金反應形成的氣體，但不溶於金（jīn）屬。

氣（qì）泡漂浮過程

熔池（chí）的結晶速率，當結晶速率較小時，氣泡（pào）可以有（yǒu）足（zú）夠的時間逸出。

a)結晶速度小（xiǎo）

b)大的結晶速度

不同結晶速率對孔隙形成的影響

1.氫空穴

在低碳鋼和低合金鋼的焊縫中（zhōng），氫孔的橫截麵呈螺旋狀，大部分出現在焊縫表麵(在某些情況下（xià）也出現在內部)，呈喇叭狀，內壁（bì）上有4個周有光孔滑動。鋁鎂合金經常出現（xiàn）在焊縫內部。

對於手工電弧焊，氫主要來源於焊條（tiáo）藥皮中的有機物、結（jié）晶水或吸（xī）附水、母材和焊絲（sī）表麵的油汙、空氣中的水分等。

氫溶入金屬的方式:在渣保護條（tiáo）件下，渣本身具有（yǒu）一（yī）定的溶氫能力，溶於渣中（zhōng）的（de）氫大部分（fèn）以OH-的形式存（cún）在，OH-與Fe2 ++交換電子生成氫原子進入液態金屬；在氣（qì）體保護（hù）焊中，氣體中的氫在（zài）與金屬接觸後直接以原子或質子的形式溶解。

溶解的氫量與金屬的溫度和狀（zhuàng）態有關。

氫氣的溶解度與（yǔ）溫度的關係是在固（gù）體鐵（tiě）中的（de）溶解度小於0.6mL/100g，1350℃時（shí）為10.1mL/100g。當它從固體變（biàn）成液體時，氫氣的溶解度（dù）突（tū）然上（shàng）升，在2400℃時達到最大值43mL/100g。氫在不同晶格類型的金屬中的溶解度也不同，氫（qīng）在麵心立方晶格的金屬中的溶解度大於體心立方晶（jīng）格。

當液態鐵轉變為δ-Fe時，溶解度突然從32mL/100g下降到10 ml/100 g，如果熔池中已經吸收（shōu）了較（jiào）多的氫，且（qiě）冷卻速度較快，在凝固過程中，氫必然從固相擴散到液相，液相中的氫（qīng）就會過飽和，從而為氫孔的產生創造了必要的條件。

在熔（róng）池結（jié）晶過程中，固液相（xiàng）共存時，由於固（gù）液（yè）相溶解度的差異，氫會聚集在結晶前沿，特別（bié）是相鄰枝晶（jīng）之間的穀中。隨著液相的減少，熔池底部的濃度會不斷增（zēng）加（jiā），當濃度不能保持（chí）過飽和（hé）時，就會產生（shēng）氣泡。

可以看出，氫孔是在結晶過程中形成的，形核發（fā）生在枝（zhī）晶之間的穀（gǔ）中，在這裏生長和漂浮會受到枝晶和粘（zhān）性的阻力的阻礙。因此形成大（dà）小喇叭口的氣孔（kǒng），經常出現在（zài）焊縫表麵。

2.氮氣孔

氮空穴的形成（chéng）過程一般被認為與氫空穴的形（xíng）成過程相似（sì）。這些（xiē）孔洞也分布在焊縫表麵，且大多呈堆狀出現，類似蜂窩狀。斷口分析表明，孔隙內表麵呈凹凸狀。但正常（cháng）焊接時，焊縫中很少出現氮孔，隻有在電弧較長、保護不好的情況下才（cái）會出現氮孔。

3.一氧（yǎng）化碳氣（qì）孔

CO主要是FeO或其（qí）他氧化物在高溫下與C作用產生的。反應如下:

[C]+[O]====CO

[FeO]+[C]====CO+[Fe]

[MnO]十[C]====CO+[Mn]

[SiO2]+2[C]====2CO+[Si]

CO孔隙在冶金反應（yīng）後期形成，隨著結晶的進（jìn）行（háng），產生一定量的（de）CO。由於溫度的降低，液體粘度（dù）的增加（jiā），以及CO生成的吸（xī）熱反應，生成的CO無（wú）法逃逸，而是被困在樹枝和顆粒之間。

由於CO氣泡（pào）比氫氣氣泡飄出的速度慢（màn），所以大多形成在焊縫中，呈條狀，內壁有（yǒu）氧化色。例如，高碳工具鋼SK5的電子束焊接焊縫中的一氧化碳孔隙形態。

需要指出（chū）的是，各種氣泡中的氣體並不是單一的，而是幾種氣體同時存在。可（kě）以認為，在一定條件下，其（qí）中一種氣體對氣孔的形成起主導作用，在多種氣（qì）體（tǐ）的（de）共同作用下，氣泡可以（yǐ）迅速發育和生長。