焊缝中的气孔和夹杂

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1、3.1.3 焊缝中的气孔和夹杂,气孔和夹杂削弱焊缝的有效工件断面；引起应力集中，显著降低焊缝金属的强度和韧性，对动载强度和疲劳强度更不利；个别情况还会引起裂纹。,焊缝中的气孔,焊缝中出现气孔是比较普遍的。 气孔的类型及其分布特征 氢气孔 对于钢的焊接，氢气孔出现在焊缝的表面上，气孔的断面形状如同螺钉状，载焊缝表面上看呈喇叭口形；气孔内壁光滑。个别情况也会出现在焊缝的内部。,气孔产生的原因是高温是金属吸收溶解了大量的氢，冷却时溶解度急剧下降，特别是从液态转为固体时，溶解度可从32ml/100g降至10ml/100g。,氢气孔是在结晶过程中形成的，在相邻树枝晶的凹陷最深处形成氢气泡的胚胎，浮出困难

2、；但氢具有较大的扩散能力，气泡极力争脱现成表面，上浮逸出，两者综合作用的结果，形成了具有喇叭口形的表面情况。 氮气孔形成与氢气孔相似。,CO气孔 由于冶金反应产生大量CO，结晶过程中来不及逸出而残留在焊缝内部形成气孔。气孔沿结晶方向分布，有些像条虫状卧在焊缝内部。,冶金反应产生CO,结晶前沿，金属粘度大，树枝根部CO更不易逸出；上述反应是吸热反应，促使结晶。CO气泡来不及逸出而形成气孔。,焊缝中形成气孔的机理,产生气孔的过程由三个相互联系而又彼此不同的三个阶段所组成气泡生核、长大和上浮。 气泡的生核 条件： 液态金属中又过饱和的气体 生核所需能量,形成气泡的形核数目： 正常条件下纯金属的n值非

3、常小： 有现成表面条件下，形核所需能量,降低和增大Aa/A降低形核功，相邻树枝晶凹陷处和母材未熔化的晶粒界面的Aa/A较大，有利于气泡核形成。,气泡长大 长大条件：ph（气泡内压）p0（气泡外压）,忽略次要因素，气泡长大的条件可简化为：,气泡上浮 气泡脱离现成表面主要取决于液态金属、气相和现成表面的张力：,另外应考虑熔池结晶速度，当结晶速度较小时，气泡可有充分时间逸出。 气泡上浮速度对产生气孔有很大影响,影响生成气孔的因素及防治措施,冶金因素的影响 冶金因素包括：熔渣氧化性、药皮或焊剂的冶金反应、保护气体的气氛、水分和铁锈等。 熔渣的氧化性 当熔渣氧化性 CO气孔倾向；相反，氢气孔倾向。, 焊

4、条药皮和焊剂的影响 焊条药皮和焊剂中含有萤石（CaF2），冶金反应 生成较稳定的HF，可有效降低氢气孔倾向。,药皮和焊剂中，适当增加氧化性组成物，对消除氢气孔有效，氧化物在高温下与氢化合生成OH，减少氢气孔产生。, 铁锈及水分的影响 铁锈是钢铁腐蚀，成分为mFe3O2nH2O（Fe3O283.28%,FeO5.7%,H2O10.70%）,工艺因素的影响 包括焊接工艺参数、电流种类及操作技巧等。 焊接工艺参数 包括焊接电流、电压、焊接速度 过大电流，熔池存在时间增加，有利于气体逸出；同时，熔滴细化，比表面增加，增加气孔倾向。 电压增加，会使氮侵入熔池，出现氮气孔。 焊接速度太大，结晶速度增加，气

5、体残留于焊缝出现气孔。, 电流种类和极性的影响 交流焊比直流焊时气孔倾向大；直流正接比反接气孔倾向大。 初步认为与氢向金属中的溶解形态有关，氢是以质子形式向焊缝金属中溶解：, 操作技巧的影响 清除焊件、焊丝表面的污锈 焊条、焊剂要严格烘干 保持规范稳定，对低氢焊条采用短弧、适当摆动,焊缝中的夹杂,焊缝或母材夹杂降低金属韧性，增加低温脆性，同时增加热裂纹和层状撕裂倾向。 焊缝中夹杂物的种类及其危害 氧化物 主要是SiO2，其次是MnO、 TiO2、Al2O3，多以硅酸 盐形式存在。,氮化物 主要是Fe4N，从过饱 和固溶体中析出，以针状分 布在晶粒上或贯穿晶界。 硫化物 主要以MnS和FeS， FeS沿晶界析出，与Fe或FeO 形成低熔共晶，引起热裂纹。,防止焊缝中夹杂的措施,正确选择焊条、焊剂 有良好的脱氧、脱硫能力 注意工艺操作 选用合适的焊接规范 多层焊时，应注意清楚前层焊缝的熔渣 焊条要适当摆动 注意保护熔池,