焊接氣孔形成因素分析及分類

所謂氣孔，是指焊縫中氣體形成的（de）孔洞。氣孔是（shì）焊縫中常見的一種缺陷。它的存在減少了焊縫的有效截麵積，集中了應（yīng）力，破壞了焊縫的（de）致密（mì）性，使焊件失效。

焊縫中有表（biǎo）麵氣孔、內部氣孔或根部氣孔，如電渣焊焊縫中的內部氣孔和穿透（tòu）氣孔。從分布來看，有單個孔隙（xì），也（yě）有成堆的致密孔隙。

形成孔隙的氣體包括氫氣、氮氣、一（yī）氧化碳和水蒸氣。氫氣和氮氣（qì）在高溫（wēn）下溶（róng）解在（zài）金屬中（zhōng）。在凝固（gù）過程中，液固階段（duàn）氫氣和氮氣的溶解度突然下降，來不及逃逸，留在金屬中。一氧化碳和水（shuǐ）蒸汽是金屬冶金反應形成的氣（qì）體（tǐ），但不溶於金屬。

氣泡漂浮過程

熔（róng）池的結晶（jīng）速率，當結晶速率較小時，氣泡可以有足夠的時間逸出。

a)結晶速度小

b)大的結晶速度（dù）

不同結晶速率（lǜ）對孔隙形（xíng）成的影響

1.氫空穴

在低碳（tàn）鋼和低（dī）合金鋼的焊縫中（zhōng），氫孔的橫截麵呈螺旋（xuán）狀，大部分出現在焊縫（féng）表麵（miàn）(在某些情況下也出現在內部)，呈喇（lǎ）叭狀，內壁上有4個周有光孔滑動。鋁鎂合金經常出現在焊縫內部。

對於手工電弧焊，氫主要來（lái）源於焊條（tiáo）藥皮（pí）中的有機物、結晶水或吸附水（shuǐ）、母材和焊絲表麵的油汙（wū）、空氣中的（de）水分（fèn）等。

氫溶入金屬的方式:在渣保護（hù）條件下，渣本身具（jù）有一定的溶氫能（néng）力，溶於渣（zhā）中的氫（qīng）大部分以OH-的形式存在，OH-與Fe2 ++交換電子生成氫原子進入液態金屬；在氣體保護焊中，氣（qì）體中的氫在與金屬（shǔ）接觸後（hòu）直（zhí）接以原（yuán）子或質子的形式溶解（jiě）。

溶解的氫量與金屬的溫度（dù）和狀態有關。

氫氣（qì）的溶（róng）解度與溫度的關係是在固體鐵中的（de）溶解度（dù）小於0.6mL/100g，1350℃時為（wéi）10.1mL/100g。當它從固體變成液體時，氫氣的溶解度突然上升，在2400℃時達到最（zuì）大值43mL/100g。氫在不同晶格類（lèi）型（xíng）的金屬（shǔ）中的（de）溶解度也不同，氫在麵心立方晶（jīng）格的金屬中的溶解度大於體心立方晶格。

當液態鐵轉變為（wéi）δ-Fe時，溶解（jiě）度突然從32mL/100g下降到（dào）10 ml/100 g，如果熔池中（zhōng）已（yǐ）經吸收了較多的氫，且冷卻（què）速度較快，在凝固過（guò）程中（zhōng），氫必然從固相擴散到液相，液相中的（de）氫就會過飽和，從而為氫孔的產生創造了必（bì）要的（de）條件。

在熔池結晶過程中，固液（yè）相共存時，由於固液相溶解度的差異（yì），氫會聚集在結晶前沿，特別是相鄰枝晶之間（jiān）的穀中。隨著液相的減少，熔池底部的濃度（dù）會不（bú）斷增加（jiā），當（dāng）濃（nóng）度不能保持過飽和時，就（jiù）會產生氣泡。

可以看出（chū），氫孔是在結晶過程中形（xíng）成的，形核發生在枝（zhī）晶之間的（de）穀中，在這（zhè）裏生長和漂浮會受（shòu）到（dào）枝晶（jīng）和粘性的阻力的阻礙。因此形成（chéng）大小喇叭口的氣孔，經（jīng）常出（chū）現在焊縫表麵。

2.氮（dàn）氣孔

氮空穴的形成過程一般被認為與（yǔ）氫空穴的形成過程相似。這些（xiē）孔洞也分布在焊縫表麵，且（qiě）大多呈堆狀出現，類似蜂窩狀。斷口分析表明，孔隙內（nèi）表麵呈凹凸狀。但正常焊接時，焊（hàn）縫中（zhōng）很少出現氮孔（kǒng），隻有在電弧較長、保（bǎo）護不好的情（qíng）況下才會出現氮孔。

3.一氧化碳氣孔

CO主要是FeO或其他氧化物在高溫（wēn）下（xià）與C作用產生的。反應如下:

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

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

[MnO]十（shí）[C]====CO+[Mn]

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

CO孔隙（xì）在冶金反應後期形（xíng）成，隨著結晶的進行（háng），產（chǎn）生一定量的（de）CO。由於溫度的（de）降低，液體粘度的增加，以及CO生成的吸熱反應，生成的CO無法逃逸，而是被困在樹枝和顆粒之間。

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

需（xū）要指出的是，各種氣泡中的氣體並不是單一的，而是幾（jǐ）種（zhǒng）氣體（tǐ）同時存在。可以認為，在一定條件下，其中一種氣體對氣孔的形成起主導作用，在多種氣體（tǐ）的共同作用下，氣泡（pào）可（kě）以迅速發育（yù）和生長（zhǎng）。