探 讨 减 少 焊 缝 气 孔 的 途 径

陆友添

上海库茂机器人有限公司

摘要：目前，通过近30年的大力推广，CO2气体保护焊，MAG焊等高效焊接方法得到了广泛应用，手工电焊条焊接的使用比例不断下降，但在一些场合，手工电焊条的优势依然存在，无法全部被取代。焊工在初学焊接培训过程中，也以手工电焊条焊接为初学方法。在焊接培训工作中，我们发现初学者的焊接试板经常出现气孔问题，如何判别这些气孔的种类，如何采取相应措施避免气孔产生，需要分析产生的原因及机理，以及从焊前，焊接过程中等各个方面采取相应的方式方法，本文就这些气孔产生的原因及应对的方式方法展开分析。

关键词：减少 气孔 途径

0 前 言

在焊接培训过程中，我们发现很多学员的焊接试板外观检测就发现焊缝表面就有气孔，有的即使表面焊缝没有气孔，但焊缝射线检测时发现有内部气孔。气孔的表现很多： 肉眼可见的焊缝表面单个气孔或者通过射线检测发现的焊缝内部单个气孔；聚集在焊缝表面或者焊缝内部的密集型小气孔；更有呈虫状的大型气孔，分布位置更不相同。焊缝气孔是焊接生产中的主要缺陷之一，重要结构的重要承力焊缝不允许有气孔的产生，气孔削弱了焊缝有效工作截面，产生应力集中、大大降低了焊缝金属的强度和韧性，焊缝的致密性、抗腐蚀性也大幅下降。所以，有必要就这些气孔的种类及产生原因展开分析，并采取相应措施。

1、气孔在焊缝中的分布特性

在手工电焊条焊接焊缝中经常出现的气孔不外乎氢气孔，一氧化碳气孔及氮气孔。采用钛钙型焊条即我们俗称的酸性焊条时，主要为一氧化碳气孔； 而采用我们俗称的碱性焊条（低氢型焊条）焊接时，主要为氢气孔和氮气孔。这几种气孔的外观也不一样，一氧化碳气孔是椭圆形或者条虫形；氢气孔和氮气孔呈蜂窝状。

2、焊缝中气孔产生原因

焊缝产生气孔的原因是多种多样的，更多的时候是几个因素共同作用而产生气孔，以下先逐个原因分析:

2.1 电源种类、极性的影响

不同类型的电焊条选用不同的的电源种类和极性接法，酸性焊条一般采用交流焊机；碱性焊条一般选用直流焊机并采用反极性接法。交流焊机焊接与直流焊机相比较而言，焊缝含氢量多；直流焊机反极性与正极性时相比较而言，焊接时焊缝含氢量少。试验证明，氢是以质子的形式溶解在液体金属中，在形成质子的同时，由原子中释放出电子：

H → [H]+e

直流电源反接时，工件为负极，溶池表面电子过剩，已形成电子层，不利于发生上述反应，阻止氢电解成质子。另外，使用低氢型焊条时从氟化钙中分解出来的氟是在阴极表面夺取氢离子的，所以反接法能有效地避免氢气孔。

CaF → Ca+F

H+F → HF

2.2 母材材质及状态的影响

所焊工件（母材）的含氧量，氧化物含量以及母材潮湿度、表面的油污染等，对焊接气孔影响较大。

2.2.1母材的含氧量及氧化物含量影响

电弧焊时，有时发现熔池时有“沸腾”现象，Q235A材料较多见，即使采用TIG熔化焊，也有同样现象。有这种现象的焊接试板的拉伸试样，一般断于热影响区外的母材，非45°剪断，断口呈层状，σb仅及母材标值下限。多个断口金相试验未见夹层现象，但多见易产生气孔的母材有许多条状类夹杂物，这些夹杂物尤其是条状类夹杂物，显然会大大有利于气泡的成核和长大。

2.2.2母材潮湿度影响

母材的潮湿度对焊接气孔生成影响甚大。气候潮湿或下雨天，会使钢材含水量增加，众所周知，水分在高温焊接时分解，使熔池的含H₂、O₂大大增加当

2H₂O → 2H₂↑+O₂↑

熔池凝固时，气体来不及逸出溶池，则造成焊缝气孔，所以当气候潮湿或雨天，焊接前最好将焊缝及其两侧用火焰烘烤一下，将母材中的水份蒸发，减少焊接时熔池中气体产出，防止焊缝气孔的产生。

2.2.3母材的油污染

焊接时，坡口的加工有时用机加工，常用车削加工，这使坡口表面及内表层不可避免的受到油污染，我们知道，油是碳与氢的化合物，它在高温时会分解成碳、一氧化碳、氢等，而一氧化碳、氢都会熔解于溶池，当焊缝冷却熔池凝固时，

△

油→C+CO+H

这些气体来不及逸出熔池时，就形成焊缝气孔。所以凡机加工受油污染的坡口，不宜简单的采用常规清理方法，而应该采用酸洗+常规的方法来消除油污染，能有效地防止氢气孔及一氧化碳气孔产生的可能性。

2.3 参数及技能，工艺的影响

2.3.1 参数的影响

在学员培训过程中，我们发现：同样的焊接方法，同样的母材，焊材，同样的环境，有的不产生气孔，而有的学员的试板就是有气孔。究其原因，是学员采用了不同的焊接工艺参数，工艺参数对气孔的产生有很大的影响。这需要学员通过不断学习，不断实操、总结，从而掌握针对不同材质、不同厚度的母材，以及各类坡口形式设置调整适合的电流、电压值。

2.3.1 操作技能影响

在焊工培训中，不难发现：在相同条件下，工艺参数不变，焊工操作技能对产生气孔的影响很大。例如：在单面焊打底时，如果采用灭弧焊法，无论是板状试件还是管壮试件，打底焊尽可能选用较小直径焊条。当引弧形成熔池后灭弧，待熔池还没有完全凝固时，马上在原熔池稍前处引燃电弧，后移形成新的溶池便于气体逸出，前一熔池如果灭弧时熔池完全凝固后再重新引燃电弧，前一熔池凝固残留的气体就较难逸出。在母材，焊材都符合焊接要求时还是出现气孔，原因往往是由于焊接时操作不正确而造成的。

2.3.2 操作工艺影响

一般情况下，不遵守操作工艺也是产生焊缝气孔的主要因素。

2.3.2.1 焊接前不按照WPS焊接工艺文件要求,清理焊接工件表面的油污、铁锈，水汽等等。

2.3.2.2 焊条没有按照WPS焊接工艺文件进行焙烘，不同种类焊条的烘焙温度，保温时间应均不同。学员培训过程中发现：虽然焊条烘焙温度的提高可有效降低焊缝金属的氢含量，但是焊条烘焙温度不是越高越好，因为电焊条的药皮中含有可产生保护气体的造气剂，如果焊条烘焙温度过高，造气剂会过早地被烧损、焊接过程中丧失了部分造气功能，起不到应有的保护作用，从而产生气孔。对于低氢碱性焊条，焊工在领用后，需存放在焊条保温桶中，随用随取,当天未用完的焊条，需返回至焊条保温房保温烘焙。

2.3.2.3 对于低氢碱性焊条，需严格遵守工艺要求，焊接时采用短弧焊接，并适当配合摆动，防止外界的气体侵入焊缝，并形成熔池搅动，利于气体的逸出。采用短弧操作方法，是因为低氢焊条还原性较强，熔池在进行冶金反应时，不易产生保护气体，但如果采用长弧操作方法，，电弧拉得过长，息弧速度过慢，造气剂产生的气体起不到应有的保护作用，电弧周围的空气就容易侵入熔池，使得焊缝产生蜂窝状气孔。

2.4 焊接规范的影响

手工电弧焊的焊接参数主要有：1）焊条的直径 2)焊接电流3)电弧电压4)焊接速度等。这些参数会共同影响熔池的存在时间，熔池存在时间是指熔池形成至熔池凝固的时间。气体的逸出情况与熔池存在时间关系很大，成正比关系，如果熔池存在时间过短，可供气体逸出的时间就短，因此形成气孔的倾向就大，这几个参数存在以下关系：

如果熔池存在的时间为t：

则 t=KUI/V

式中 U—电弧电压（V）

I—焊接电流（A）

V—焊接速度（cm/s）

K—常数（工件母材的热物理性质）。

由这个关系式可以看出，当电弧的电压，电流不变或者两者的乘积不变，焊接速度加快，溶池的存在时间就会缩短，供气体逸出的时间就相应缩短，从而增加了产生气孔的倾向。如果焊接速度不变，增加电弧功率时（加大电流或者电压，或者两个参数都加大），可使熔池的存在时间增长，从而有利于气体逸出，减少气孔倾向。

碳钢电弧焊时溶池最大存在时间

但是：由上表可以看出手工电弧焊时，当焊接电流一定时，焊接速度对熔池存在时间影响最大，若增加焊接电流，熔池存在时间并没有得到明显延长，却在实际操作中增加了熔池与空气的接触面积和铁水飞溅，而且由于电弧吹力增大使熔池滞后，起不到保护作用。熔池吸收空气被氧化含氧量上升，此外，焊条发红，有机物过早分解，反而增加了气孔倾向。

3.结论

焊缝产生气孔的主要因素：

3.1焊接设备与极性影响

3.2焊接材料的影响

3.3操作技能与工艺影响

3.4焊接规范的影响

4.建议：

综上，如何减少或者避免气孔产生，可从“人”，“机”，“料”，“法”，“环”5个方面着手：

“人”：要求焊工或者学员严格按照WPS焊接工艺规范进行焊接。

“机”：选择合适的焊机类型及极性。

“料”:保证母材坡口两侧的清洁、干燥。焊条烘干。

“法”：焊接方法，焊接参数的合理使用。

“环”：焊接现场干燥，现场做好防风措施。

参 考 文 献

1.张文钺、周振丰 金属焙焊原理及工艺 北京 机械工业出版社 1980

2.奂树雄 焊条选用指南 北京 化学工业出版社 1988

3.陈楚 焊接工艺基础 上海 上海科学技术出版社 1979

4.姚舜等 MAG焊沟底气孔的形态及生成模型 焊接技术 1986（4）

5.周惠敏等 焊接缺陷与对策 上海 上海科技文献出版社 1989

请排1.5版，不要删减

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