芻議焊接過程中的氣孔缺陷及預(yù)防措施

張 露

（遼寧省錦州市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗所，遼寧 錦州 121000）

隨著我國工業(yè)化進程的不斷深入，焊接作業(yè)在工業(yè)生產(chǎn)、工程建設(shè)以及設(shè)備制造等行業(yè)都有著十分廣泛的應(yīng)用。由于材料表面物化性質(zhì)和焊接者作業(yè)水平的影響，在焊接過程中通常會有一定量的氣體殘留于焊縫之中，從而形成焊縫氣孔缺陷，嚴重影響設(shè)備的性能。為了減少氣孔缺陷的產(chǎn)生，就焊接過程中氣孔的類型、產(chǎn)生原因及危害，提出了一些參考性的方法和建議。

一、氣孔缺陷的類型及形成原因

在目前大多數(shù)的金屬焊接過程中，焊縫氣孔是最為常見焊接缺陷之一。由于焊縫氣孔成形的狀態(tài)特征千差萬別，氣孔缺陷的類型也不盡相同，然而其形成原因卻只有一種，氣泡殘留于焊縫之中無法正常排出。正是因為焊縫中存在著大量的氣孔，所以管道設(shè)備的承重承壓性能大幅度降低，致使設(shè)備管道無法穩(wěn)定運行，危害生產(chǎn)安全。

（一）氣孔缺陷的類型

在焊接過程中，施工人員的素質(zhì)參差不齊，再加上焊接材料和焊接環(huán)境也存在著一定的差異，因此焊縫氣孔的形態(tài)特征并不完全一樣，圖1為焊縫氣孔缺陷的縱截面SEM形貌。從圖1可以看出有的氣孔均勻分布，有的孤立成孔，有的為條形氣孔，有的是球形氣孔，這使得氣孔缺陷的類型可以按照多種標準來進行劃分。一般說來，氣孔缺陷的類型分為以下三種：第一，按照氣孔的形狀可以將氣孔缺陷分為條形氣孔和球形氣孔，條形氣孔細長窄平，是氣體在焊液中定向移動的產(chǎn)物；而球形氣孔均勻圓潤，是氣體四周等速擴散所形成的。第二，根據(jù)氣孔的分布情況可以將氣孔劃分為均勻集中分布和孤立離散分布，焊縫里集中分布的氣泡表面該區(qū)域內(nèi)氣泡的產(chǎn)生數(shù)量多，而離散分布通常表現(xiàn)為氣泡的體積大。第三，根據(jù)焊縫中氣孔的來源來分可以分為析出氣孔和反應(yīng)氣孔，析出型氣孔是難溶的氣體達到飽和之后從焊液中析出而形成，主要是外來的氫氣和氮氣；而反應(yīng)型氣孔是金屬在高溫環(huán)境下反應(yīng)生成的一氧化碳等氣體。

（二）氣孔缺陷的產(chǎn)生原因

無論哪種類型的氣孔，其形成原因歸根到底是氣體在焊液凝固時來不及逸出，從而殘留在焊液中最終形成的氣孔。氣孔缺陷的形成可以分為氣孔成核和穩(wěn)定生長兩個過程，在焊接過程中，當氣體進入到焊液之中，開始都會聚集成氣孔核，隨著焊接過程的繼續(xù)，氣孔核逐漸成長，變成一個個獨立的氣泡開始往外溢出，而此時金屬焊液也開始逐漸冷卻，封鎖了氣泡的逸出途徑，從而最終將氣泡留在焊縫之中，最終形成氣孔缺陷。總而言之，氣泡的逸出速率和金屬焊液的凝固速率之間的相對快慢是決定焊接過程中是否會產(chǎn)生氣孔缺陷的關(guān)鍵因素，而這些通常和氣泡自身的大小、金屬焊液的粘度和密度息息相關(guān)。首先氣泡自身尺寸越大，則氣泡的逸出速率就越大，那么形成氣孔缺陷的概率就越小；其次金屬焊液的密度越大，氣泡所受的浮力越大，則逸出速率也會隨之增大，所以焊接過程中重金屬不易產(chǎn)生氣孔缺陷，而輕金屬較易產(chǎn)生；最后金屬焊液的粘度越大，氣泡逸出過程中所受阻力越大，逸出速率越慢，則越容易形成氣孔缺陷。

二、氣孔缺陷的預(yù)防措施

從上述氣孔缺陷產(chǎn)生的原因可以看出，要想減少焊接過程中氣孔缺陷的產(chǎn)生，其預(yù)防措施必須提高氣體逸出速率和金屬焊液凝固速率之間的比值。

（一）提供良好的焊接條件

良好的焊接條件是確保焊接工作順利進行的重要前提，也是焊縫質(zhì)量符合相關(guān)標準的重要保障。首先，在焊接之前要對所有材料進行防潮烘干，金屬表面的水分要用干抹布擦拭干凈，并用割刀烘烤干燥，而且焊條要放在特定的烘箱中進行保溫，金屬表面有氧化物要用砂輪打磨除銹；其次，檢查焊槍、焊條以及焊接電源能否正常工作，控制好焊接過程中的各項工藝指標；最后，增加焊接脈沖，降低焊接過程中產(chǎn)生氣泡的可能性，為焊接工作提供良好的工作條件。

（二）選擇合適的焊接材料

圖1 焊縫氣孔缺陷的縱截面SEM形貌

不同金屬的焊接工作要選用與之匹配的焊接材料，這樣能夠促進金屬表面同焊條之間的相互融合，提高氣泡的逸出速率，降低焊接過程中的氣孔缺陷。例如在進行電弧焊時應(yīng)當優(yōu)先選用堿性焊條，因為堿性焊條受高溫分解為二氧化碳作為焊接保護氣，稀釋了焊接區(qū)域中氣體氫的濃度，降低了其在氣體組分中的分壓，抑制其融入到焊液之中。與此同時，二氧化碳作為一種活性氣體，能夠融入到金屬焊液之中，降低其黏度和表面張力，增強焊液活性，從而使得氣體能夠更好地從焊液中逸出。

（三）抑制外來氣體的融入

焊液中的外來氣體是來源于高溫環(huán)境下金屬表面發(fā)生化學變化之后所產(chǎn)生的，要想抑制外來氣體融入則要減少金屬表面的化學反應(yīng)。一般來說，金屬在高溫環(huán)境下自身性質(zhì)都比較穩(wěn)定，然而當表面附著大量油污、鐵銹以及積水等雜質(zhì)時，金屬表面就特別容易發(fā)生一些化學反應(yīng)。例如鐵銹的主要成分為Fe2O3·H2O，在高溫環(huán)境下能夠釋放出氫和氧，一方面，氧與鋼表面的碳反應(yīng)形成一氧化碳氣孔缺陷，另一方面，氫在焊液中的溶解度極小，特別容易形成氫氣孔。

總而言之，焊接過程中有多種因素能夠?qū)е潞缚p產(chǎn)生氣孔缺陷，其根本原因是焊液中的氣體逸出的速率低于金屬焊液固化的速率，從而導(dǎo)致氣體殘留于焊液之中，形成氣孔缺陷。因此，在采取一定措施預(yù)防氣孔缺陷時，一定要從這一根本原因入手，要么提高氣體逸出速率，要么降低金屬固化速率，從而使得氣體能夠全部離開焊液，不會殘留其中。

[1]謝麗初.ZK60鎂合金CO2激光焊接產(chǎn)學研的組織與性能研究[D].湖南大學，2010（05）.

[2]孫虎飛，淺析焊.縫氣孔缺陷的主要成因及防治措施[J].工業(yè)技術(shù)，2013（23）.