焊接气孔原因和防止措施

507焊条为什么焊接时有气孔[J507焊条焊接气孔形成原因及防止措施]

气孔就是焊接时，溶池中的气泡在凝固时未能逸出，而留下来形成的孔穴。J507碱性焊条焊时多为氮气孔、氢气孔和CO气孔。平焊位置要较其他位置气孔多；打底层要比填充、盖面多；长弧焊要比短弧多；断弧焊要比连弧焊多；引弧、收弧和接头处要比焊缝其它位置多。由于气孔的存在，不但会降低焊缝的致密性，削弱焊缝的有效截面积，还会降低焊缝的强度、塑性和韧性。根据J507焊条溶滴过渡的特点、选择焊接电源、合适的焊接电流、合理的引弧和收弧、短弧操作、直线运条等方面加以控制，在焊接生产中得到了很好的质量保证。 气孔；焊接；电弧；熔孔；熔池；焊缝 1.气孔的形成 熔化金属在高温时溶解大量气体，随着温度的下降，这些气体以气泡形式逐渐自焊缝中逸出，来不及逸出的气体残留在焊缝内就形成气孔。形成气孔的气体主要有氢气和一氧化碳。从气孔的分布状态看有单个气孔、连续气孔、密集气孔；从气孔的部位不同可分为外部气孔和内部气孔；从形状上看有针孔、圆气孔、条状气孔（气孔呈条虫形，是圆气孔的连续）、链状和蜂窝状气孔等。就目前来说，J507焊条在焊接时产生气孔缺陷更为典型。因此，以J507焊条焊接低碳钢为例，对产生气孔缺陷的原因与焊接工艺的关系作一些讨论。 2.J507焊条溶滴过渡的特点 J507焊条为高碱度的低氢型焊条，该焊条在直流焊机反极性时方可正常使用。因此无论采用何种类型的直流焊机，其溶滴过渡均由阳极区向阴极区过渡。在一般手工电弧焊时，阴极区温度略低于阳极区温度。因此，无论何种过渡形式溶滴到阴极区后温度均会降低，造成了该种焊条各溶滴的聚合过渡到溶池中去，即形成了粗溶滴过渡形式。但由于手工电弧焊是人为的因素：如焊工熟练程度、电流电压大小等不同，其溶滴的大小也是不均匀的，形成了溶池的大小也是不均匀的。因此，在外来及内在因素的影响下，形成了气孔等缺陷。同时，碱性焊条药皮中又含有大量的萤石，在电弧作用之下分解出电离电位较高的氟离子，使得电弧的稳定性变差，进而又造成了电焊时溶滴过渡的不稳定因素。因此要解决J507焊条手工电弧焊的气孔问题，除了对焊条烘干、坡口清理以外，还必须从工艺措施上入手，以确保电弧溶滴过渡的稳定。 3.选择焊接电源，确保电弧稳定 由于J507焊条药皮中含有电离电位较高的氟化物，造成了电弧气份不稳定因素，因此选择合适的焊接电源相当必要。我们通常采用的直流焊接电源分为两种类型：旋转式直流弧焊机和硅整流式直流焊机。虽然它们的外特性曲线均属下降特性，但是因旋转式直流弧焊机是通过选装换向极达到整流目的的，因而其输出的电流波形呈规则形状的摆动，这势必在宏观上为一额定电流，在微观上输出电流为小幅度变化，尤其在溶滴过渡时造成摆动幅度增加。对于硅整流直流焊机是靠硅元件整流后进行滤波处理，虽然输出电流有波峰和波谷，但总体上是平滑的，或称在某一过程中是极少量有摆动的，它因此可以认为是连续的。因此其受溶滴过渡的影响较小，在溶滴过渡时引起的电流波动不大。在焊接工作中以两种类型焊机焊接得以结论，硅整流焊机比旋转式直流弧焊机出现的气孔几率均有所降低。经分析试验结果，认为采用J507焊条施焊时要选择硅整焊机流焊接电源，这样可以确保电弧稳定避免气孔缺陷的产生。 4.选择合适的焊接电流 由于采用J507焊条焊接，焊条除药皮以外在焊芯中也含有大量的合金元素，以增强焊缝接头强度，消除产生气孔缺陷的可能性。而由于采用较大的焊接电流，溶池变深，冶金反应激烈，同时造成合金元素烧损严重。因为电流过大，明显的使焊芯电阻热猛增，焊条发红，造成焊条药皮中的有机物过早分解而形成气孔；而电流过小。熔池的结晶速度过快，熔池中气体来不及逸出而产生气孔。加之采用直流反极性，阴极区温度偏低，即使在激烈反应下产生的氢原子溶解于溶池之中也无法很快地被合金元素置换出来，即使氢气迅速浮出焊缝之外，而溶池过热后又迅速冷却，使得残余的氢形成分子凝固在溶池焊缝之中形成了气孔缺陷，因此考虑合适的焊接电流是相当必要的。低氢型焊条比同规格的酸性焊条一般略小10～20%左右的工艺电流。在生产实践中，对低氢型焊条可用该焊条直径的平方乘以十作为参考电流。如3.2mm焊条可定为90～100A、4.0mm焊条可定为160～170A作为参考电流，通过实验作为选定工艺参数的依据。这样可以减少合金元素的烧损，避免气孔出现的可能。 5.合理的引弧和收弧 J507焊条焊接接头产生气孔的几率比其他部位要大，这是因为接头处往往在焊接时比其他部位的温度略低。因为更换新焊条使原收弧处已经有一段时间的散热，在新的焊条端部也有可能有局部锈蚀，使得在接头处产生密集气孔，要解决由此造成的气孔缺陷，除在刚开始操作时在起弧端装接必要的引弧板外，在中间各接头部位对每根新焊条在起弧时把端部在引弧板上轻擦引弧，以清除掉端部的锈迹。在中间各接头部位，必须采用超前引弧的方法，就是在焊缝前10～20mm处引弧稳定后，再拉回到接头收弧处，以便对原收弧处进行局部加热，待形成溶池以后再压低电弧，略上下摆动1～2次即正常运条焊接。收弧时应尽量保持短弧，以保护溶池填满弧坑，用点弧或来回摆动2～3次填满弧坑达到消除收弧处产生气孔的目的。 6.短弧操作直线运条 一般J507焊条都强调采用短弧操作。短弧操作的目的在于保护溶池，使高温沸腾状态下的溶池不受外界空气的侵入而产生气孔。但短弧应保持时何种状态，我们认为要按不同规格的焊条而异。通常短弧是指弧长控制于焊条直径2/3的距离。因为过小的距离，不但溶池看不清、不易操作且会造成短路断弧。过高及过低都达不到保护溶池的目的。在运条时应采用直线运条为宜，回往复摆动过大会造成溶池保护不当。对于厚度较大的（指≥16mm）可采用开U型或双U型坡口来解决，在盖面焊时也可以多道焊尽量减少摆动幅度。在焊接生产中采用了以上方法，不但保证了内在质量而且焊道平滑整齐。 在操作J507焊条施焊时，除以上一些工艺措施防止可能产生气孔以外，对一些常规要求的工艺处理不能忽视。例如：焊条烘干去除水份油污，坡口的确定和处理，适当的接地位置以防止偏弧造成气孔等。只有结合产品的特点从工艺措施上进行控制，必定能有效地减少及避免气孔缺陷。

浅析油缸焊接过程中气孔的产生原因及防止措施

焊接熔池在结晶过程中由于某些气体来不及逸出残存在焊缝中就形成了气孔，气孔是焊接接头中最常见的缺陷。我公司油缸焊接采用MAG焊（熔化极活性气体保护焊）的焊接方法，保护气体为80%Ar+20%CO2。大多数气孔都出现在焊缝收弧处，比如缸底和活塞焊接时出现的气孔。根据产生气孔的气体种类，焊缝中的气孔主要有H2孔，N2孔以及CO气孔。由于产生气孔的气体不同，因而气孔的形态和特征也不同。

1、一氧化碳气孔

一氧化碳气孔主要是在焊接过程中，由于冶金反应产生了大量的CO，CO不溶于金属。反应如下：FeO+C=Fe+CO。

在熔池处于结晶温度时，该反应进行比较剧烈，由于熔池已经开始凝固，CO气体不易逸出，于是在焊缝中形成CO气孔。CO气孔多形成于焊缝内部，呈条虫状，内壁有氧化颜色。

如果焊丝中有足够的脱氧元素Si和Mn,以及限制焊丝中的含碳量，就可以抑制上述的还原反应，有效防止CO气孔的产生。所以MAG焊过程中，只要焊丝选择适当，产生CO气孔的可能性是很小的。

2、氢气孔

如果熔池在高温时溶入了大量氢气，在结晶过程中又不能充分排出，则遗留在焊缝金属中形成气孔。氢气孔的断面一般呈螺钉状，多数出现在焊缝表面（个别情况下也会出现在内部），呈喇叭口形，气孔四周有光滑内壁。

电弧区的氢主要来自焊丝、工件表面的油污及铁锈，以及CO2气体中所含的水分。油污为碳氢化合物，铁锈中含有结晶水，它们在电弧高温下都能分解出氢气。减少熔池中氢的溶解量，不仅可以防止氢气孔的产生，而且还可以提高焊缝金属的塑性。所以，一方面焊前要适当清除工件和焊丝表面的油污及铁锈，另一方面应尽可能使用含水分低的CO2气体。CO2气体中的水分常常是引起氢气孔的主要原因。具体做法如下：

（1）焊前清理，消除气体来源。焊前须对焊缝表面、坡口及其附近20～30mm范围进行清理，去除表面锈蚀、氧化膜、油污和水分等杂质，露出金属光泽。所以焊件焊前清洗工作至关重要不容忽视，只有做好了清洗工作，才能从根源上消除气体的来源。

埋弧自动焊气孔缺陷形成原因及预防措施浅析

摘要：埋弧自动焊作为一种高效的焊接方法在制造业中得到了广泛的应用。但各种因素的影响使得埋弧焊焊缝易出现气孔等焊接缺陷。在压力容器的生产单位中，由于某些因素的影响，焊缝中也会出现气孔、裂纹、夹渣等焊接缺陷，直接影响了焊缝质量，其中气孔是最易产生并极具危害的缺陷之一。它使焊缝的致密度下降，强度降低，影响焊缝的一次合格率。因此尽量减少气孔缺陷是提高埋弧焊质量必须解决的一个重要问题。

关键词：埋弧焊；气孔；预防措施

一、问题的提出及自动埋弧焊的特点

在检验某公司蒸汽蓄热器时，宏观检验发现直径约4mm气孔，比平时常见的焊缝表面气孔尺寸要大，经过初步打磨后发现气孔内有类似夹渣物（见图一），该气孔位于焊缝边缘，打磨至17mm深度尚未完全消除，焊缝焊接方法为埋弧自动焊。后经查阅相关资料后发现，自动埋弧焊该类缺陷较为常见，属铁豆型气孔缺陷。

埋弧焊是一种电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。其固有的焊接质量稳定、焊接生产率高、无弧光、烟尘很少等优点，使其成为压力容器、管材制造、箱型梁柱等重要承压、承重钢结构制作中的主要焊接方法。埋弧自动焊接时，引燃电弧、送丝、电弧沿焊接方向移动及焊接收尾等过程完全由机械来完成。近年来，虽然先后出现了许多种高效、优质的新焊接方法，但埋弧焊的应用领域依然未受任何影响。从各种熔化焊方法的熔敷金属质量所占份额的角度来看，埋弧焊约占10%左右，且多年来一直变化不大。

图一 气孔缺陷

二、气孔、铁豆缺陷形成原因

（１）焊缝附近母材的影响

焊缝附的近母材表面质量是产生气孔的重要因素之一，主要是指母材表面的铁锈、水分 、油污等影响因素。铁锈的主要成分为三氧化二铁（Fe2O3）与水（H2O）形成的络合物。水分在高温作 用下会分解出氢（H2）和氧（O2），在焊接熔池中，氢的溶解度很高，冷却时氢的溶解度急剧下降，容易形成氢气孔。同时分解出的氧（O2）经过焊接的冶金过程，会与金属材料中的碳（C）元素结合，从而形成一氧化碳（CO）气孔 。一般认为，在含碳量较低的钢材中由埋弧自动焊焊接产生的气孔主要是氢气（H2）型气孔，这是由于产生的一氧化碳（CO）含量极低，而氢气（H2）起主导作用。在气孔中有夹渣的情况下，气泡内的压力会比纯气孔（气孔内无夹渣）大，因此形成的夹珠型气孔会比一般纯气孔尺寸要大，且由于是受母材因素影响，这类气孔一般偏离焊缝中心，在焊缝边缘处较为常见。

技术创新　７９　

金属粉芯焊接　在山区施工出现气孔缺陷的原因与防治　◇中原工程建设总公司张辉周艳清　中原油田第八社区张利红　目前金属粉型药芯焊丝　已在世界许多工业发达国家　油气输送管道焊接中得到广　泛应用。在我国金属粉型焊　丝应用还是初试阶段，随着　我国对石油天然气勘探开发　力度的逐年加大。金属粉芯　焊接也在西气东送大口径管　道的焊接得到应用。本文以　金属粉芯焊丝焊接抗硫管线　Ｌ３６０ＭＣＳ（击５０８×２２．２　ｍｍ）　为例，剖析此种焊接方法在　山区施工中易出现气孔缺陷　原因和防治措施。　ｈ　Ｘ　Ａ　＾　＾　＾　＾　Ａ　八　Ａ　＾　Ａ　＾　＾　＾　Ａ　＾　＾　＾　八　八　八　＾　＾　＾　＾　＾　八　西气东送使用的是Ｌ３６０ＭＣＳ（　５０８×２２．２　ｍｍ）抗硫大口　径管道，焊接工艺要求以金属粉芯焊丝焊接。金属粉芯焊丝是　药芯焊丝和实芯焊丝的混合物，具有熔敷速度较高、易于调节　合金成分、狭小的根焊方便、焊接飞溅量少、熔渣量少等特　点。具体焊接工艺是金属粉芯焊丝（Ｍｅｔ　ａｌｌｏｙ　８０Ｎ１　１．２），　混合气体８５％Ａｒ￣１５％ＣＯ　气体保护半自动打底和热焊与日本神　钢焊条（Ｅ７０１６　４．０）手工电弧焊填充盖面。　一、金属粉芯焊接工艺的特点　金属粉芯焊丝优点：　（１）热输入范围宽，焊接规范易设置。　（２）熔敷率高，可较大提高生产效率。　（３）抗锈，抗腐蚀能力强。　（４）兼具药芯焊丝和实芯焊丝的优点，无渣，飞溅小。　（５）成形美观，劳动强度低。　金属粉芯焊丝缺点：　（１）耐湿度低，耐风力差，易出现气孔缺陷。　（２）预热温度低，易产生裂纹缺陷。　（３）熔深浅，易产生焊不透、未熔合缺陷。　二、焊接中出现的问题与防治　（一）焊接工艺要求。　由于金属粉芯焊接时熔池浅，易出现焊不透和未熔合现　象，焊工往往采取增加电流和电压方式来提供电弧的穿越力。　但大电流、高电压焊接又易导致正面焊道烧熔和内凹，背面易　出现塌陷和烧穿现象，所以组对时的焊口间隙至关重要。这就　要求管工对口时严格按照工艺规程进行，同时兼顾现场长输管　道焊接时焊口收缩的情况，对口时应保证上小下大（下面间隙　比上面间隙大２Ⅱｌｒｎ左右）。金属粉芯焊接对油锈及杂物敏感，　所以管口待焊处边缘５０　ｍｍ～１００　ｍｍ范围内打磨清理干净（不得　减薄母材厚度）。热焊及填充层采用多层多道工艺焊接，后一　道焊缝对前一道焊缝有较好的回火作用。焊前预热和层间温度　的控制大大衔接了焊口的温度梯度，减少了温度的应力。焊后　及时的消氢处理，减少氢在焊缝中滞留的机会。采用碱性低氢　型焊条和焊后６２０℃消应力热处理，以保证焊缝的韧性，使焊缝　在保证强度白勺Ｊ隋况下保持抗酸性介质腐蚀的性能。　（二）施工环境要求。　焊接工艺对环境、天气要求也较为苛刻，空气相对湿度不　大于８０％，风速不大于３　ｍ／Ｓ，特别是在南方山区雨水多，空气　湿度大，风向不稳定，较难满足施焊要求。　（三）气孔缺陷的产生与防治。　西气东送管线所处地形地势复杂，山区作业带起伏落差　大，潮湿多雨，施工难度大，安全隐患多，焊接缺陷的几率倍　增，气孔就是常见的缺陷之一。焊接时，若气体保护不好，　Ａｒ￣ＣＯ　分配不当，焊丝受潮，电压过大，大雾潮湿（无防风　棚）等因素都能使气孔几率增大，这些常出现的缺陷只要考虑　周到，措施到位，大多都可能避免。特殊的地理位置，复杂的　施工环境也会出现意外的焊接缺陷。　例１普光３０１集气站到净化厂地面集输抗硫管线Ｌ３６０ＭＣＳ　（　５０８　Ｘ　２２．２　ｍｍ），由山下开始逐渐往高处开焊，前十几道　口一切正常，当下一道口焊完用砂轮机清口时，在焊道ｌ２点处　发现气孔迹象，当用砂轮机打磨后，发现焊缝内有大约５０　ｍｍ贯　穿焊缝根部的蜂窝状气孔，如图１和图２所示。　一…一