刍议焊接过程中的气孔缺陷及预防措施

张 露

（辽宁省锦州市特种设备监督检验所，辽宁 锦州 121000）

随着我国工业化进程的不断深入，焊接作业在工业生产、工程建设以及设备制造等行业都有着十分广泛的应用。由于材料表面物化性质和焊接者作业水平的影响，在焊接过程中通常会有一定量的气体残留于焊缝之中，从而形成焊缝气孔缺陷，严重影响设备的性能。为了减少气孔缺陷的产生，就焊接过程中气孔的类型、产生原因及危害，提出了一些参考性的方法和建议。

一、气孔缺陷的类型及形成原因

在目前大多数的金属焊接过程中，焊缝气孔是最为常见焊接缺陷之一。由于焊缝气孔成形的状态特征千差万别，气孔缺陷的类型也不尽相同，然而其形成原因却只有一种，气泡残留于焊缝之中无法正常排出。正是因为焊缝中存在着大量的气孔，所以管道设备的承重承压性能大幅度降低，致使设备管道无法稳定运行，危害生产安全。

（一）气孔缺陷的类型

在焊接过程中，施工人员的素质参差不齐，再加上焊接材料和焊接环境也存在着一定的差异，因此焊缝气孔的形态特征并不完全一样，图1为焊缝气孔缺陷的纵截面SEM形貌。从图1可以看出有的气孔均匀分布，有的孤立成孔，有的为条形气孔，有的是球形气孔，这使得气孔缺陷的类型可以按照多种标准来进行划分。一般说来，气孔缺陷的类型分为以下三种：第一，按照气孔的形状可以将气孔缺陷分为条形气孔和球形气孔，条形气孔细长窄平，是气体在焊液中定向移动的产物；而球形气孔均匀圆润，是气体四周等速扩散所形成的。第二，根据气孔的分布情况可以将气孔划分为均匀集中分布和孤立离散分布，焊缝里集中分布的气泡表面该区域内气泡的产生数量多，而离散分布通常表现为气泡的体积大。第三，根据焊缝中气孔的来源来分可以分为析出气孔和反应气孔，析出型气孔是难溶的气体达到饱和之后从焊液中析出而形成，主要是外来的氢气和氮气；而反应型气孔是金属在高温环境下反应生成的一氧化碳等气体。

（二）气孔缺陷的产生原因

无论哪种类型的气孔，其形成原因归根到底是气体在焊液凝固时来不及逸出，从而残留在焊液中最终形成的气孔。气孔缺陷的形成可以分为气孔成核和稳定生长两个过程，在焊接过程中，当气体进入到焊液之中，开始都会聚集成气孔核，随着焊接过程的继续，气孔核逐渐成长，变成一个个独立的气泡开始往外溢出，而此时金属焊液也开始逐渐冷却，封锁了气泡的逸出途径，从而最终将气泡留在焊缝之中，最终形成气孔缺陷。总而言之，气泡的逸出速率和金属焊液的凝固速率之间的相对快慢是决定焊接过程中是否会产生气孔缺陷的关键因素，而这些通常和气泡自身的大小、金属焊液的粘度和密度息息相关。首先气泡自身尺寸越大，则气泡的逸出速率就越大，那么形成气孔缺陷的概率就越小；其次金属焊液的密度越大，气泡所受的浮力越大，则逸出速率也会随之增大，所以焊接过程中重金属不易产生气孔缺陷，而轻金属较易产生；最后金属焊液的粘度越大，气泡逸出过程中所受阻力越大，逸出速率越慢，则越容易形成气孔缺陷。

二、气孔缺陷的预防措施

从上述气孔缺陷产生的原因可以看出，要想减少焊接过程中气孔缺陷的产生，其预防措施必须提高气体逸出速率和金属焊液凝固速率之间的比值。

（一）提供良好的焊接条件

良好的焊接条件是确保焊接工作顺利进行的重要前提，也是焊缝质量符合相关标准的重要保障。首先，在焊接之前要对所有材料进行防潮烘干，金属表面的水分要用干抹布擦拭干净，并用割刀烘烤干燥，而且焊条要放在特定的烘箱中进行保温，金属表面有氧化物要用砂轮打磨除锈；其次，检查焊枪、焊条以及焊接电源能否正常工作，控制好焊接过程中的各项工艺指标；最后，增加焊接脉冲，降低焊接过程中产生气泡的可能性，为焊接工作提供良好的工作条件。

（二）选择合适的焊接材料

图1 焊缝气孔缺陷的纵截面SEM形貌

不同金属的焊接工作要选用与之匹配的焊接材料，这样能够促进金属表面同焊条之间的相互融合，提高气泡的逸出速率，降低焊接过程中的气孔缺陷。例如在进行电弧焊时应当优先选用碱性焊条，因为碱性焊条受高温分解为二氧化碳作为焊接保护气，稀释了焊接区域中气体氢的浓度，降低了其在气体组分中的分压，抑制其融入到焊液之中。与此同时，二氧化碳作为一种活性气体，能够融入到金属焊液之中，降低其黏度和表面张力，增强焊液活性，从而使得气体能够更好地从焊液中逸出。

（三）抑制外来气体的融入

焊液中的外来气体是来源于高温环境下金属表面发生化学变化之后所产生的，要想抑制外来气体融入则要减少金属表面的化学反应。一般来说，金属在高温环境下自身性质都比较稳定，然而当表面附着大量油污、铁锈以及积水等杂质时，金属表面就特别容易发生一些化学反应。例如铁锈的主要成分为Fe2O3·H2O，在高温环境下能够释放出氢和氧，一方面，氧与钢表面的碳反应形成一氧化碳气孔缺陷，另一方面，氢在焊液中的溶解度极小，特别容易形成氢气孔。

总而言之，焊接过程中有多种因素能够导致焊缝产生气孔缺陷，其根本原因是焊液中的气体逸出的速率低于金属焊液固化的速率，从而导致气体残留于焊液之中，形成气孔缺陷。因此，在采取一定措施预防气孔缺陷时，一定要从这一根本原因入手，要么提高气体逸出速率，要么降低金属固化速率，从而使得气体能够全部离开焊液，不会残留其中。

[1]谢丽初.ZK60镁合金CO2激光焊接产学研的组织与性能研究[D].湖南大学，2010（05）.

[2]孙虎飞，浅析焊.缝气孔缺陷的主要成因及防治措施[J].工业技术，2013（23）.