第二节 气孔与夹杂
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焊接气孔和夹杂共31页
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
材料成型原理上册 第十一章 第二节 气孔与夹杂
（1）夹杂物的偏晶析出
于对流或密度差上浮或下沉，发生高频率的碰撞和 于对流或密度差上浮或下沉， 在对金属进行脱氧、脱硫和孕育处理时， 在对金属进行脱氧、脱硫和孕育处理时，从液态 机械粘连。夹杂物粗化后运动速度加快， 机械粘连。夹杂物粗化后运动速度加快，以更高的 金属中偏晶析出，使金属中杂质元素含量降低： 金属中偏晶析出，使金属中杂质元素含量降低： 速度与其他夹杂物碰撞、聚合长大。 速度与其他夹杂物碰撞、聚合长大。熔点较低的夹 杂物会重新熔化，尺寸大、 + A B 杂物会重新熔化，尺寸大、密度小的夹杂物则会浮 L1 T 0 → L 2 m n 到液态金属表面。 到液态金属表面。
第十一章 凝固缺陷与控制 19
二次氧化夹杂物
液态金属与大气或氧化性气体接触时 液态金属与大气或氧化性气体接触时，会很快氧 与大气或氧化性气体接触 化形成氧化薄膜。在浇注及充型过程中，表面氧 形成氧化薄膜。 过程中， 化膜会被卷入液态金属内部 卷入液态金属内部， 化膜会被卷入液态金属内部，而此时液体的温度下 降较快，卷入的氧化物在凝固前来不及上浮到表面， 降较快，卷入的氧化物在凝固前来不及上浮到表面， 便在金属中形成二次氧化夹杂物。 便在金属中形成二次氧化夹杂物。这类夹杂物常出 铸件上表面、 现在铸件上表面 型芯下表面或死角处。 现在铸件上表面、型芯下表面或死角处。
第十一章 凝固缺陷与控制 22
防止焊缝产生夹杂物的措施
正确地选择原材料（ 包括母材和焊接材料） 正确地选择原材料 （ 包括母材和焊接材料 ） ， 母材、焊丝中的夹杂物应尽量少，焊条、 母材、焊丝中的夹杂物应尽量少，焊条、焊剂应 具有良好的脱氧、脱硫效果； 具有良好的脱氧、脱硫效果； 注意工艺操作， 如选择合适的工艺参数； 适当 注意工艺操作 ， 如选择合适的工艺参数 ； 摆动焊条以便于熔渣浮出；加强熔池保护， 摆动焊条以便于熔渣浮出；加强熔池保护，防止 空气侵入；多层焊时清除前一道焊缝的熔渣等。 空气侵入；多层焊时清除前一道焊缝的熔渣等。
焊缝中的气孔和夹杂PPT课件
氮气孔形成与氢气孔相似。
.
4
- 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。
.
5
冶金反应产生CO [C] [O] CO [FeO] [C] CO Fe [MnO] [C] CO Mn [SiO2] 2[C] 2CO Si
萤石（CaF2），冶金反应 生成较稳定的HF，可有效降 低氢气孔倾向。
.
14
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。
.
15
③ 铁锈及水分的影响 铁锈是钢铁腐蚀，成分为mFe3O2·nH2O （Fe3O2≈83.28%,FeO≈5.7%,H2O≈10.70%）
.
2
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。
.
3
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；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。
3Fe2O32Fe3O4O 2Fe3O4H2O3Fe2O3H2 FeH2OFeOH2
.
16
- 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。 ① 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，气体残留于焊
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4
- 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。
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5
冶金反应产生CO [C] [O] CO [FeO] [C] CO Fe [MnO] [C] CO Mn [SiO2] 2[C] 2CO Si
萤石（CaF2），冶金反应 生成较稳定的HF，可有效降 低氢气孔倾向。
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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。
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③ 铁锈及水分的影响 铁锈是钢铁腐蚀，成分为mFe3O2·nH2O （Fe3O2≈83.28%,FeO≈5.7%,H2O≈10.70%）
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2
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。
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3
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；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。
3Fe2O32Fe3O4O 2Fe3O4H2O3Fe2O3H2 FeH2OFeOH2
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16
- 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。 ① 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，气体残留于焊
焊缝中的气孔和夹杂课件
和夹杂物的产生。 加强焊接过程控制
加强焊接过程控制，确保焊接操作符 合工艺要求，避免因操作不当导致气
孔和夹杂物的产生。
优化焊接工艺
优化焊接工艺，控制焊接参数，如焊 接电流、电弧电压、焊接速度等，减 少气孔和夹杂物的产生。
焊后处理
焊后对焊缝进行清理、打磨、探伤等 处理，去除焊缝中的气孔和夹杂物， 提高焊接结构的强度。
焊缝气孔的定义
焊缝中的气孔是指在焊接过程中，熔融的金属在冷却凝固过程中未能及时逸出，从而在焊缝中形成的空穴或孔洞。
焊缝气孔的分类
根据气孔的形成原因和特征，焊缝气孔可分为两类：氢气孔和氮气孔。氢气孔是由于焊接过程中熔融金属吸收了 过量的氢，在冷却过程中由于氢的逸出速度较慢，形成的气孔；而氮气孔则是由于焊接保护不良，空气中的氮气 进入熔融金属中，在冷却过程中形成的气孔。
03
焊缝夹杂的形成原因及防 治措施
氧化物夹杂的形成原因及防治措施
形成原因
焊接过程中，熔池中的金属与空气中的氧发生化学反应，生成氧化物，这些氧化 物在焊缝凝固过程中未能完全逸出，从而形成氧化物夹杂。
防治措施
采用氩弧焊、埋弧焊等焊接方法，减少焊接过程中与空气的接触；采用低氧焊接 材料，降低熔池中氧的含量；采用气体保护焊，防止熔池受到氧化。
感谢您的观看
THANKS
设置探伤参数包括调整超声波的频率、脉冲宽度、发射 功率等，以达到最佳的检测效果。
分析缺陷需要对记录的信号进行识别、标注、测量等处 理，并结合缺陷的性质和等级做出判断。
磁粉探伤检测方法及技术要求
磁粉探伤是一种利用磁粉在材料表面吸附特性检测缺陷的无 损检测方法。
选择合适的磁粉需要考虑被检材料的特性、表面状态等因素， 以及所需检测的缺陷类型和大小。
加强焊接过程控制，确保焊接操作符 合工艺要求，避免因操作不当导致气
孔和夹杂物的产生。
优化焊接工艺
优化焊接工艺，控制焊接参数，如焊 接电流、电弧电压、焊接速度等，减 少气孔和夹杂物的产生。
焊后处理
焊后对焊缝进行清理、打磨、探伤等 处理，去除焊缝中的气孔和夹杂物， 提高焊接结构的强度。
焊缝气孔的定义
焊缝中的气孔是指在焊接过程中，熔融的金属在冷却凝固过程中未能及时逸出，从而在焊缝中形成的空穴或孔洞。
焊缝气孔的分类
根据气孔的形成原因和特征，焊缝气孔可分为两类：氢气孔和氮气孔。氢气孔是由于焊接过程中熔融金属吸收了 过量的氢，在冷却过程中由于氢的逸出速度较慢，形成的气孔；而氮气孔则是由于焊接保护不良，空气中的氮气 进入熔融金属中，在冷却过程中形成的气孔。
03
焊缝夹杂的形成原因及防 治措施
氧化物夹杂的形成原因及防治措施
形成原因
焊接过程中，熔池中的金属与空气中的氧发生化学反应，生成氧化物，这些氧化 物在焊缝凝固过程中未能完全逸出，从而形成氧化物夹杂。
防治措施
采用氩弧焊、埋弧焊等焊接方法，减少焊接过程中与空气的接触；采用低氧焊接 材料，降低熔池中氧的含量；采用气体保护焊，防止熔池受到氧化。
感谢您的观看
THANKS
设置探伤参数包括调整超声波的频率、脉冲宽度、发射 功率等，以达到最佳的检测效果。
分析缺陷需要对记录的信号进行识别、标注、测量等处 理，并结合缺陷的性质和等级做出判断。
磁粉探伤检测方法及技术要求
磁粉探伤是一种利用磁粉在材料表面吸附特性检测缺陷的无 损检测方法。
选择合适的磁粉需要考虑被检材料的特性、表面状态等因素， 以及所需检测的缺陷类型和大小。
焊接气孔和夹杂
在结晶过程中，如果气泡逸出速度比结晶速度更 大，焊缝不会产生气孔。
气泡的半径越大，熔池中液态金属的密度越大， 粘度越小时，气泡的上浮速度就越大，焊缝就不 易产生气孔。
综上所述，气孔形成过程与结晶过程有些类似，
也是由生核、核长大组成，当气泡长大到一定程
度便开始上浮，在不利条件下（当气泡的浮出速
度小于结晶速度时）就有可能残留在焊缝中形成
ph＞po
式中，ph——气泡内部压力；
ph =pH2+pN2+pCO+pH2O+… po——阻碍气泡长大的外部压力。 在具体条件下，只有一种气体起主要作用，而其它 气体起辅助作用。
外部压力包括：大气压力、液态金属、熔渣的压力 和表面张力引起的附加压力。
若气泡核附着在液固相表面时，表面张力引起的附
加压力将减小，气泡便易30于长大。
[C]+[O]=CO
[FeO]+[C]=CO+Fe
[MnO]+[C]=CO+Mn
[SiO2]+[C]=2CO+Si CO气体不溶于钢，在熔池处于高温时，可以以气泡形 式从熔池中逸出，不会形成气孔。但在熔池凝固阶段一 方面由于成分偏析使液相中局部区域[FeO]和[C]含量提 高，促使CO生成。另一方面，温度降低，金属熔池粘 度加大，在快速结晶下CO来不及逸出变成气孔。
和提高Aa/A比值，使能量30 减少。
9
可以认为，Aa/A的比值最大的地方就是最有 可能产生气泡的地方，树枝晶相邻的凹陷处 和母材金属尚未熔化晶粒的界面上Aa/A的比 值最大，因此，在这些部位最易产生气泡核。
此外，当Aa/A比值一定时，θ角越大，形成 气泡核所需的能量越小。
30
10
气泡的半径越大，熔池中液态金属的密度越大， 粘度越小时，气泡的上浮速度就越大，焊缝就不 易产生气孔。
综上所述，气孔形成过程与结晶过程有些类似，
也是由生核、核长大组成，当气泡长大到一定程
度便开始上浮，在不利条件下（当气泡的浮出速
度小于结晶速度时）就有可能残留在焊缝中形成
ph＞po
式中，ph——气泡内部压力；
ph =pH2+pN2+pCO+pH2O+… po——阻碍气泡长大的外部压力。 在具体条件下，只有一种气体起主要作用，而其它 气体起辅助作用。
外部压力包括：大气压力、液态金属、熔渣的压力 和表面张力引起的附加压力。
若气泡核附着在液固相表面时，表面张力引起的附
加压力将减小，气泡便易30于长大。
[C]+[O]=CO
[FeO]+[C]=CO+Fe
[MnO]+[C]=CO+Mn
[SiO2]+[C]=2CO+Si CO气体不溶于钢，在熔池处于高温时，可以以气泡形 式从熔池中逸出，不会形成气孔。但在熔池凝固阶段一 方面由于成分偏析使液相中局部区域[FeO]和[C]含量提 高，促使CO生成。另一方面，温度降低，金属熔池粘 度加大，在快速结晶下CO来不及逸出变成气孔。
和提高Aa/A比值，使能量30 减少。
9
可以认为，Aa/A的比值最大的地方就是最有 可能产生气泡的地方，树枝晶相邻的凹陷处 和母材金属尚未熔化晶粒的界面上Aa/A的比 值最大，因此，在这些部位最易产生气泡核。
此外，当Aa/A比值一定时，θ角越大，形成 气泡核所需的能量越小。
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10
材料凝固过程中的气孔与夹杂
反应气孔
§13-3
1、危害
影响气孔的因素及防止措施
有效工作断面 ↓→ σb↓ δ↓ 应力集中 →裂纹 疏松 → δ↓气密性 ↓ 耐蚀性↓ 2、防止措施
针对形成原因
§13-4
1、来源：
夹杂物
内生夹杂：熔化与凝固过程冶金反应产物 脱O P S 产物 N2 、 O2 、 P 溶解 偏析 形成第二相 外来夹杂： 熔炉耐火材料 、造型材料
第十三章 气孔与夹杂
Chapter 13 Gas-holes(or pinholes) and Inclusions
§13-1
•
气孔的种类
• 1、析出性气孔
在冷却及凝固过程中，因 气体溶解度下降，析出气体， 来不及从液面排出而形成气 孔。
Al-Si合金中的典型析出性气孔
Al-Si合金中的典型析出性气孔
按形成时间先后：初生夹杂物
次生夹杂物
二次氧化夹杂物
2、危害： 连续性，均匀性破坏＝>机械性能 ↓致密性↓ 红脆 —热裂（低熔点相） 裂纹源 耐蚀性能
决定于夹杂物的 成分、性能、形状、大小、数量、分布 =>硬脆→δαk 球形 →影响↓；针状、尖角 影响↑↑（应力集中） 事物的另一方面： 高熔点、细小颗粒→ 好的作用
非自发形核核心→ 细化
沉淀强化—N化物弥散 新学科的产生→ MMC，人为的加入高性能陶瓷相
钢中MnS夹杂物引起的裂纹源及扩张过程 a)原始状态 b)受力后产生裂纹 c)d)裂纹继续扩展
3、初生夹杂物的形成及防止措施
• 浇注前的熔炼及熔体处理中，冶金反应产生。 • 夹杂物容易聚合、长大 • 防止措施： • （1）加溶剂——吸收夹杂 • （2）除气处理时也可将夹杂物携带上浮排出 • （3）过滤法
§13-3
1、危害
影响气孔的因素及防止措施
有效工作断面 ↓→ σb↓ δ↓ 应力集中 →裂纹 疏松 → δ↓气密性 ↓ 耐蚀性↓ 2、防止措施
针对形成原因
§13-4
1、来源：
夹杂物
内生夹杂：熔化与凝固过程冶金反应产物 脱O P S 产物 N2 、 O2 、 P 溶解 偏析 形成第二相 外来夹杂： 熔炉耐火材料 、造型材料
第十三章 气孔与夹杂
Chapter 13 Gas-holes(or pinholes) and Inclusions
§13-1
•
气孔的种类
• 1、析出性气孔
在冷却及凝固过程中，因 气体溶解度下降，析出气体， 来不及从液面排出而形成气 孔。
Al-Si合金中的典型析出性气孔
Al-Si合金中的典型析出性气孔
按形成时间先后：初生夹杂物
次生夹杂物
二次氧化夹杂物
2、危害： 连续性，均匀性破坏＝>机械性能 ↓致密性↓ 红脆 —热裂（低熔点相） 裂纹源 耐蚀性能
决定于夹杂物的 成分、性能、形状、大小、数量、分布 =>硬脆→δαk 球形 →影响↓；针状、尖角 影响↑↑（应力集中） 事物的另一方面： 高熔点、细小颗粒→ 好的作用
非自发形核核心→ 细化
沉淀强化—N化物弥散 新学科的产生→ MMC，人为的加入高性能陶瓷相
钢中MnS夹杂物引起的裂纹源及扩张过程 a)原始状态 b)受力后产生裂纹 c)d)裂纹继续扩展
3、初生夹杂物的形成及防止措施
• 浇注前的熔炼及熔体处理中，冶金反应产生。 • 夹杂物容易聚合、长大 • 防止措施： • （1）加溶剂——吸收夹杂 • （2）除气处理时也可将夹杂物携带上浮排出 • （3）过滤法
3.2--气孔与夹杂解析
3.3 硫、磷对焊缝金属的作用和把握
〔一〕硫的危害与把握 1．存在形式：主要以FeS和MnS的形式存在 2．危害： 〔1〕促使金属热裂； 缘由：低熔共晶物呈液态薄膜形式分布于晶界， 割裂了晶粒间F的e+联Fe系S(。熔点为985℃)；
〔2〕降低焊缝的韧Fe性S+，F促eO使(熔冷点脆为、9热40脆℃和) 层状撕裂，对低 合金高强钢还可N能iS是+N造i(熔成点冷6裂4的4℃起)源。
2． 冶金处理
在药皮和焊剂中参与氟化物—HF夺氢 把握焊接材料的氧化复原势—OH夺氢 〔HF和OH不溶于液态钢中，比H2和H2O稳定，不易分解出H〕
〔1〕提高气相的氧化性〔OH夺H〕 CO2+H=CO+OH O+H=OH O2+H2=2OH
〔2〕氟化物除氢〔HF夺H〕
① CaF2直接去氢
CaF2+H2O气=CaO气+2HF↑ CaF2+2H=Ca气+2HF↑
〔880℃〕 碳的存在将促使磷的偏析，使热裂趋向加剧。 ②促使金属冷脆：磷化铁本身硬而脆→冷脆
3．把握措施－以“限”为主
〔1〕严格限制母材、填充金属、药皮和焊剂中的含磷量。
〔2〕冶金脱磷
2[Fe3P]+5(FeO)+3(CaO)→((CaO)3·P2O5)+11[ Fe] 焊接时的冶金脱磷措施根本无效，根本〔措放施热是反严响格〕限制原材料 中的含磷量。
〔二〕氢对焊接质量的影响
氢的有害作用可分为两种：
暂态现象－氢脆、白点，经时效、热处理可消退
1永．久氢脆现〔象氢－致气塑孔性、损失冷〕裂纹，不行消退
〔1〕定义：氢在室温四周使钢的塑性指标〔如延长率和断面收 缩率〕严峻下降的现象。 〔2〕产生气理：由溶解在金属晶格中的氢引起 拉伸 位错运动、积存 空腔 H集中 聚拢空腔 H+H→H2 压力 变脆 〔3〕影响因素：含氢量、试验温度和变形速度、焊缝金属组织 氢脆只有在处于室温下、静载拉伸或静载弯曲条件下含氢量较高 的焊缝中才会消逝。
10.2-气孔与夹杂解析
材料工程基础
2
10.2气孔与夹杂物
1、气孔 ※气孔的分类及特征
②浸入性气孔 •在高温液态金属作用下铸型和型芯等产生的气体，浸入 金属内部所形成的气孔。 •常消逝在铸件表层或近表层； •一般是水蒸气、CO、CO2、H2、CnHn。
③反响性气孔
•金属液与铸型之间，金属液与熔渣之间或金属液内部某些元素 化合物之间发生化学反响所产生的气孔。 •金属液与铸型反响产生的气孔常分布在铸件皮下1～3mm处， 皮下气孔，经加工或清理后露出来；
4、影响缩孔与缩松的因素及防止措施 ※措施
〔3〕防止应力和变形的方法
•铸造热应力是由于铸件壁厚有大小，冷却有先后，致使铸 件收缩不全都而形成。防止热应力和变形的方法是承受同时 凝固原则。
•铸件构造各局部之间没有温差或温差尽量小，使各局部 同时凝固。
材料工程基础
21
4、影响缩孔与缩松的因素及防止措施 ※措施 〔4〕两种凝固原则应承受的工艺措施
体收缩率/％ c）
c〕恒温凝固的合金 10
10.3 缩孔与缩松
1、金属收缩的根本概念
※液态收缩(T浇-TL)
• 缘由：气体排出；空穴削减；原子间间距减小。
εV 液 v液＝ ＝αV v液液 （ (TT 浇浇 -－ TL)T ×L 1) 0 0％1％ 00
液态体收 缩率〔%〕
金属的液态体 收缩系数
材料工程基础
10.3 缩孔与缩松
1、金属收缩的根本概念 定义：铸件合金在液态、凝固态和固态的
冷却过程中，所发生的体积缩小的现象称
为收缩温；
m
温
n
温
度
度
度 /℃
T浇
/℃
/℃
液态收缩
凝固收缩
气孔、夹杂与偏析
焊缝中的气孔与夹杂物
一、焊缝中的气孔
气孔是焊接生产中经常遇到的一种缺 陷，在碳钢、高合金钢和有色金属的焊缝 中，都有出现气孔的可能。焊缝中的气孔 不仅削弱焊缝的有效工作截面积，同时也 会带来应力集中，从而降低焊缝金属的强 度和韧性，对动载强度和疲劳强度更为不 利。在个别情况下，气孔还会引起裂纹。
(1)气泡生核
HY80钢TIG自熔焊缝中Ni的偏析
焊缝的层状偏析 a)焊条电弧焊 b）电子束焊
层状偏析与气孔
(1)冶金因素的影响 1)熔渣氧化性的影响 2)焊条药皮和焊剂成分的影响 3)铁锈及水分的影响
(2)工艺因素的影响 1)焊接工艺参数的影响 2)电流种类和极性的影响 3)工艺操作方面的影响
防止焊缝中形成气孔的措施
(1)消除气体来源 (2)正确选用焊接材料 (3)控制焊接工艺条件
二、焊缝中的夹杂物
－－轻金属易产生气孔（铝、镁）
焊缝中的气孔分类
(1)析出型气孔
1)氢气孔 2)氮气孔
(2)反应型气孔
1) CO气孔 [C]+[O]=CO [FeO]+[C]=CO+[Fe]
2)H2O气孔 [Cu20]+2[H]＝2[Cu]+ H2O
[Ni20]t2[H] =2[Ni]+ H2O
影响焊缝形成气孔的因素
焊缝金属中有夹杂物的存在不仅降低了 焊缝金属的塑性，增大低温脆性，降低韧性 和疲劳强度，还会增加热裂纹倾向。因此， 在焊接生产中必须限制夹杂物的数量、大小 和形状。常见的夹杂物有以下三种： (1)氧化物夹杂 (2)氮化物夹杂 (3)硫化物夹杂
焊缝中的化学成分不均匀性
焊缝金属非平衡凝固导致焊缝金属的化学成分不 均匀性，即出现所谓的偏析现象。焊接熔池在凝固过 程中产生的偏析与第五章第五节中所述的偏析机理相 同。焊缝中常见的偏析有以下三种。 1、显微偏析 2、层状偏析 3、区域偏析
一、焊缝中的气孔
气孔是焊接生产中经常遇到的一种缺 陷，在碳钢、高合金钢和有色金属的焊缝 中，都有出现气孔的可能。焊缝中的气孔 不仅削弱焊缝的有效工作截面积，同时也 会带来应力集中，从而降低焊缝金属的强 度和韧性，对动载强度和疲劳强度更为不 利。在个别情况下，气孔还会引起裂纹。
(1)气泡生核
HY80钢TIG自熔焊缝中Ni的偏析
焊缝的层状偏析 a)焊条电弧焊 b）电子束焊
层状偏析与气孔
(1)冶金因素的影响 1)熔渣氧化性的影响 2)焊条药皮和焊剂成分的影响 3)铁锈及水分的影响
(2)工艺因素的影响 1)焊接工艺参数的影响 2)电流种类和极性的影响 3)工艺操作方面的影响
防止焊缝中形成气孔的措施
(1)消除气体来源 (2)正确选用焊接材料 (3)控制焊接工艺条件
二、焊缝中的夹杂物
－－轻金属易产生气孔（铝、镁）
焊缝中的气孔分类
(1)析出型气孔
1)氢气孔 2)氮气孔
(2)反应型气孔
1) CO气孔 [C]+[O]=CO [FeO]+[C]=CO+[Fe]
2)H2O气孔 [Cu20]+2[H]＝2[Cu]+ H2O
[Ni20]t2[H] =2[Ni]+ H2O
影响焊缝形成气孔的因素
焊缝金属中有夹杂物的存在不仅降低了 焊缝金属的塑性，增大低温脆性，降低韧性 和疲劳强度，还会增加热裂纹倾向。因此， 在焊接生产中必须限制夹杂物的数量、大小 和形状。常见的夹杂物有以下三种： (1)氧化物夹杂 (2)氮化物夹杂 (3)硫化物夹杂
焊缝中的化学成分不均匀性
焊缝金属非平衡凝固导致焊缝金属的化学成分不 均匀性，即出现所谓的偏析现象。焊接熔池在凝固过 程中产生的偏析与第五章第五节中所述的偏析机理相 同。焊缝中常见的偏析有以下三种。 1、显微偏析 2、层状偏析 3、区域偏析
第六章 气孔和夹杂
2．形成气孔的气体
构成气孔的气体，一是来自于周围介质，二是化学冶金反 应的产物。按不同的来源，气体可以分为下述两种类型： 1)高温时能大量溶于液体金属，而在凝固过程中溶解度突 然下降的气体，如H2、N2。 2)在熔池进行化学冶金反应中形成而又不溶解于液体金属 中的气体，如CO、H2O。 焊接低碳钢和低合金钢时，形成气孔的气体主要是H2和 CO，即通常所说的氢气孔和一氧化碳气孔。二者的来源 与化学性质都不同，形成气泡的条件与气孔分布的特征也 不一样。
1
一、焊缝成形缺陷及产生原因
1．焊缝尺寸不符合要求
影响：表面高低不平、波形粗
劣、宽度不均匀，除造成焊缝 成形不美观外，还影响焊缝与 母材金属的结合强度。余高过 高，则易形成应力集中；余高 太低，则不能得到足够的接头 强度。 当、装配间隙不均匀或焊接参 数不当等因素所致。
原因：由焊件坡口角度不
10
一、气孔的分布特征与产生原因
3．氢气孔产生的原因及其特征 氢是还原性气体且扩散能力很强，在低碳钢焊缝 中，气孔大都分布于焊缝表面，断面为螺钉状， 内壁光滑，上大下小呈喇叭口形
11
一、气孔的分布特征与产生原因
3．氢气孔产生的原因及其特征 由于氢在液态金属(如Fe，Al)中溶解度很高，在高温时熔池和熔滴就 有可能吸收大量的氢。而当温度下降时，溶解度随之下降，熔池开始 凝固后，氢的溶解度要发生突变。随着固相增多，液相中氢的浓度必 然增大，并聚集在结晶前沿的液体中。这样，树枝晶前沿，特别是在 相邻晶粒间的低谷处的液体金属中，氢的浓度不仅超过了熔池中的平 均浓度，而且超过了饱和浓度，氢在枝晶间最大浓度可达到平均浓度 的2.2倍。随着凝固的继续，氢在液相中的浓度将不断上升。当谷底 处氢的浓度高到难以维持过饱和溶解状态时，就会形成气泡。如在谷 底部形成的气泡，由于各种阻力的作用未能在熔池完全凝固前浮出， 则形成气孔。 综上所述，氢气孔是凝固过程中首先在枝晶间的凹陷最深处形成气 泡。气泡形成后，一方面氢本身的扩散能力促使其浮出，另一方面又 受到晶粒的阻碍与液态金属粘度的阻力，二者综合作用的结果，气孔 就形成了上大下小的喇叭口形，并往往呈现于焊缝表面。
构成气孔的气体，一是来自于周围介质，二是化学冶金反 应的产物。按不同的来源，气体可以分为下述两种类型： 1)高温时能大量溶于液体金属，而在凝固过程中溶解度突 然下降的气体，如H2、N2。 2)在熔池进行化学冶金反应中形成而又不溶解于液体金属 中的气体，如CO、H2O。 焊接低碳钢和低合金钢时，形成气孔的气体主要是H2和 CO，即通常所说的氢气孔和一氧化碳气孔。二者的来源 与化学性质都不同，形成气泡的条件与气孔分布的特征也 不一样。
1
一、焊缝成形缺陷及产生原因
1．焊缝尺寸不符合要求
影响：表面高低不平、波形粗
劣、宽度不均匀，除造成焊缝 成形不美观外，还影响焊缝与 母材金属的结合强度。余高过 高，则易形成应力集中；余高 太低，则不能得到足够的接头 强度。 当、装配间隙不均匀或焊接参 数不当等因素所致。
原因：由焊件坡口角度不
10
一、气孔的分布特征与产生原因
3．氢气孔产生的原因及其特征 氢是还原性气体且扩散能力很强，在低碳钢焊缝 中，气孔大都分布于焊缝表面，断面为螺钉状， 内壁光滑，上大下小呈喇叭口形
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一、气孔的分布特征与产生原因
3．氢气孔产生的原因及其特征 由于氢在液态金属(如Fe，Al)中溶解度很高，在高温时熔池和熔滴就 有可能吸收大量的氢。而当温度下降时，溶解度随之下降，熔池开始 凝固后，氢的溶解度要发生突变。随着固相增多，液相中氢的浓度必 然增大，并聚集在结晶前沿的液体中。这样，树枝晶前沿，特别是在 相邻晶粒间的低谷处的液体金属中，氢的浓度不仅超过了熔池中的平 均浓度，而且超过了饱和浓度，氢在枝晶间最大浓度可达到平均浓度 的2.2倍。随着凝固的继续，氢在液相中的浓度将不断上升。当谷底 处氢的浓度高到难以维持过饱和溶解状态时，就会形成气泡。如在谷 底部形成的气泡，由于各种阻力的作用未能在熔池完全凝固前浮出， 则形成气孔。 综上所述，氢气孔是凝固过程中首先在枝晶间的凹陷最深处形成气 泡。气泡形成后，一方面氢本身的扩散能力促使其浮出，另一方面又 受到晶粒的阻碍与液态金属粘度的阻力，二者综合作用的结果，气孔 就形成了上大下小的喇叭口形，并往往呈现于焊缝表面。
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性和疲劳强度；
•
易熔夹杂物分布于晶界，不仅降低强度且能引起
热裂；
•
促进气孔的形成，既能吸附气体，又促使气泡形 核；
2、铸件中的夹杂物
初生夹杂物 二次氧化夹杂 物
次生夹杂物
初生夹杂物
（2）夹杂物的聚合长大 在金属熔炼过程中及炉前处理时形成，
夹杂物从液相中析出时尺寸很小（仅有几个微 经历偏晶析出和聚合长大两个阶段。
从液态金属中偏晶析出，使金属中杂质元素 T0
1 2 m n
含量降低： 到液态金属表面。
二次氧化夹杂物
• 液态金属与大气或氧化性气体接触时，会
很快氧化形成氧化薄膜。在 浇注及充型 过 程中，表面氧化膜会被卷入液态金属内部， 而此时液体的温度下降较快，卷入的氧化物 在凝固前来不及上浮到表面，便在金属中形
CaCO CaO CO 2
发生：
3
CO 2 Fe FeO CO
• 熔渣作为气孔形核的基底，最终形成的气孔
液态金属内元素间的反应性气孔
（1）碳-氧反应性气孔 溶解在液态金属中的氧与碳反应，生成CO气 泡，凝固时来不及浮出的气泡形成 CO 气孔。铸 件中的 CO 气孔多呈蜂窝状（其周围出现脱碳 层），而焊缝中的 CO 气孔为沿结晶方向的条虫 状。 （2）氢-氧反应性气孔
b) 图11-11 气泡脱离现成表面示意图 a）θ＜90° b）θ＞90° a)
气泡
气泡
形 核 长 大
析出性气孔的特征
• 析出性气孔通常分布在铸件的整个断面或冒口、 热节等温度较高的区域。当金属含气量较少时，呈 裂纹多角形状；而含气量较多时，气孔较大，呈团
焊缝金属产生的析出性气孔多数出 球形。 现在焊缝表面。氢气孔的断面形状如 同螺钉状，从焊缝表面上看呈喇叭口
成二次氧化夹杂物。这类夹杂物常出现在铸
件上表面、型芯下表面或死角处。
次生夹杂物
• 次生夹杂物是指 合金凝固过程中，由于 偏析，溶质元素及杂质元素将富集于枝晶间 尚未凝固的液相内，处于过饱和状态而发生 偏晶反应：L1→β ＋L2 ，析出非金属夹杂物 β 。由于夹杂物是从偏析液相中产生的，因 此又称为偏析夹杂物。
形，气孔四周有光滑的内壁。氮气孔
一般成堆出现，形似蜂窝。
2、侵入性气孔
• 将液态金属浇入砂型时，砂型或砂芯在金属 液的高温作用下会产生大量气体，随着温度 的升高和气体量的增加，金属-铸型界面处气 体的压力不断增大。当界面上局部气体的压 力高于外界阻力时，气体就会侵入液态金属， 在型壁上形成气泡。气泡形成后将脱离型壁， 浮入型腔液态金属中。当气泡来不及上浮逸 出时，就会在金属中形成侵入性气孔。
反应产物
与周围介质（气、固、 液态）间的反应产物
夹杂物的分类
按夹杂物化学成
氧化物 硫化物 硅酸盐
分
初生夹杂物 次生夹杂物 二次氧化夹Байду номын сангаас物
按夹杂物形成时
球形 多面体 不规则多角形 条状
夹杂物对金属性能的影响
• 夹杂物破坏了金属的连续性，使强度和塑性下降；
•
尖角形夹杂物易引起应力集中，显著降低冲击韧
性，使金属的强度下降和抗疲劳能力降低。
成孔洞。这种因气体分子聚集而产生的 孔洞称为气孔。
一、气孔的分类及形成机理 二、夹杂物的形成及防止措 施
一、气孔的分类及形成机理
• • • 析出性气孔 侵入性气孔 反应性气孔
1、析出性气孔
• 液态金属在冷却凝固过程中，因气体溶解
度下降，析出的气体来不及逸出而产生的气
孔称为析出性气孔。这类气孔主要是氢气孔 和氮气孔。 • 溶解在液态金属中的气体元素在凝固时也 会出现偏析。一般最后凝固部位的枝晶间气
体浓度远高于平均浓度，且由于此时液态金
气体的析出过程
高温下溶解在液态
金属中气体的析出
方式有： • 扩散析出； • 形成化合物析出； • 聚集成气泡析出。 后者析出过程为： • •
防止焊缝产生夹杂物的措施
• 正确地选择原材料（包括母材和焊接材
料），母材、焊丝中的夹杂物应尽量少，
焊条、焊剂应具有良好的脱氧、脱硫效果； • 注意工艺操作，如选择合适的工艺参数；
适当摆动焊条以便于熔渣浮出；加强熔池
保护，防止空气侵入；多层焊时清除前一 道焊缝的熔渣等。
SH/mL.(100g)-1 T/℃ 氢在不同金属中的溶解度
梨状，孔径约 1～3 mm 。有些皮下气孔呈细长状，
垂直于铸件表面，深度可达 10 mm 左右。
[ Fe ] + { H2O } → [ FeO ] + H2
含氮树脂砂分解 →
N2
金属(或铸型)中的 C 氧化 → CO
金属与熔渣间的反应性气孔
• 当液态金属中含有混入的熔渣（ FeO）时，
会和液态金属（或铸型）中的 C 反应： FeO C Fe CO • 当采用石灰石砂型时，若有砂粒进入钢液 会
米），数量却很多（数量级可达108个/cm3）。由
（1）夹杂物的偏晶析出 于对流或密度差上浮或下沉，发生高频率的碰撞和
机械粘连。夹杂物粗化后运动速度加快，以更高的 在对金属进行脱氧、脱硫和孕育处理时， 速度与其他夹杂物碰撞、聚合长大。熔点较低的夹 杂物会重新熔化，尺寸大、密度小的夹杂物则会浮 L L A B
金属与铸型间的反应性气孔 金属与熔渣间的反应性气孔
液态金属内元素间的反应性气孔
金属与铸型间的反应性气孔
与侵入型气孔的区别在于反应性气孔 来源于液态金属与铸型间的化学冶金作用， 而侵入型气孔主要是高温液态金属对铸型
金属-铸型间反应性气孔常分布在铸件表面皮下 的物理作用。 1～3 mm 处，通称为皮下气孔，其形状有球状和
•
气孔是铸件或焊件最常见的缺陷之一。气孔 气体在金属中的含量超过其溶解度，
的存在不仅减小金属的有效承载面积，而且使 或侵入的气体不被金属溶解时，会以分 局部造成应力集中，成为零件断裂的裂纹源。 子状态的气泡存在于液态金属中。若凝
一些形状不规则的气孔，则会增加缺口的敏感 固前气泡来不及排除，就会在金属内形
侵入性气孔的特征
• 侵入性气孔的特征是数量较少、体积
较大、孔壁光滑、表面有氧化色，常出 现在铸件表层或近表层。形状多呈梨形、
椭圆形或圆形，梨尖一般指向气体侵入
的方向。侵入的气体一般是水蒸气、一 氧化碳、二氧化碳、氢、氮和碳氢化合
3、反应性气孔
液态金属内部或与铸型之间发生化学反应而产生 焊缝金属中存在的反应性气孔通常是 CO气孔， 是由液态金属中的 [O] 与 [C] 直接反应生成。 的反应性气孔：
溶解在液态金属中的[O]和[H] 反应生成 H2O 气泡，产生水气孔。这类气孔主要出现在铜合金 铸件中。 （3）碳-氢反应性气孔
二、夹杂物的形成及防止措施
• 夹杂物的来源及分类 • 铸件中的夹杂物 • 焊缝中的夹杂物
1、夹杂物的来源及分类
自身杂质
主要 来源
炉料中的杂质
焊材、母材中的杂质
熔炼过程反应产物
3、焊缝中的夹杂物
• 焊缝中的氮化物夹杂多在焊接保护不良时出
现，对于低碳钢和低合金钢，主要的氮化物
是Fe4N，在时效过程中过饱和析出，并以针
状分布在晶粒上或贯穿晶界。
• 焊缝中的硫化物夹杂主要有MnS和FeS两种。
FeS通常沿晶界析出，并与Fe或FeO形成低
熔点共晶。
• 低碳钢焊缝存在的氧化物夹杂主要是SiO2 、
•
易熔夹杂物分布于晶界，不仅降低强度且能引起
热裂；
•
促进气孔的形成，既能吸附气体，又促使气泡形 核；
2、铸件中的夹杂物
初生夹杂物 二次氧化夹杂 物
次生夹杂物
初生夹杂物
（2）夹杂物的聚合长大 在金属熔炼过程中及炉前处理时形成，
夹杂物从液相中析出时尺寸很小（仅有几个微 经历偏晶析出和聚合长大两个阶段。
从液态金属中偏晶析出，使金属中杂质元素 T0
1 2 m n
含量降低： 到液态金属表面。
二次氧化夹杂物
• 液态金属与大气或氧化性气体接触时，会
很快氧化形成氧化薄膜。在 浇注及充型 过 程中，表面氧化膜会被卷入液态金属内部， 而此时液体的温度下降较快，卷入的氧化物 在凝固前来不及上浮到表面，便在金属中形
CaCO CaO CO 2
发生：
3
CO 2 Fe FeO CO
• 熔渣作为气孔形核的基底，最终形成的气孔
液态金属内元素间的反应性气孔
（1）碳-氧反应性气孔 溶解在液态金属中的氧与碳反应，生成CO气 泡，凝固时来不及浮出的气泡形成 CO 气孔。铸 件中的 CO 气孔多呈蜂窝状（其周围出现脱碳 层），而焊缝中的 CO 气孔为沿结晶方向的条虫 状。 （2）氢-氧反应性气孔
b) 图11-11 气泡脱离现成表面示意图 a）θ＜90° b）θ＞90° a)
气泡
气泡
形 核 长 大
析出性气孔的特征
• 析出性气孔通常分布在铸件的整个断面或冒口、 热节等温度较高的区域。当金属含气量较少时，呈 裂纹多角形状；而含气量较多时，气孔较大，呈团
焊缝金属产生的析出性气孔多数出 球形。 现在焊缝表面。氢气孔的断面形状如 同螺钉状，从焊缝表面上看呈喇叭口
成二次氧化夹杂物。这类夹杂物常出现在铸
件上表面、型芯下表面或死角处。
次生夹杂物
• 次生夹杂物是指 合金凝固过程中，由于 偏析，溶质元素及杂质元素将富集于枝晶间 尚未凝固的液相内，处于过饱和状态而发生 偏晶反应：L1→β ＋L2 ，析出非金属夹杂物 β 。由于夹杂物是从偏析液相中产生的，因 此又称为偏析夹杂物。
形，气孔四周有光滑的内壁。氮气孔
一般成堆出现，形似蜂窝。
2、侵入性气孔
• 将液态金属浇入砂型时，砂型或砂芯在金属 液的高温作用下会产生大量气体，随着温度 的升高和气体量的增加，金属-铸型界面处气 体的压力不断增大。当界面上局部气体的压 力高于外界阻力时，气体就会侵入液态金属， 在型壁上形成气泡。气泡形成后将脱离型壁， 浮入型腔液态金属中。当气泡来不及上浮逸 出时，就会在金属中形成侵入性气孔。
反应产物
与周围介质（气、固、 液态）间的反应产物
夹杂物的分类
按夹杂物化学成
氧化物 硫化物 硅酸盐
分
初生夹杂物 次生夹杂物 二次氧化夹Байду номын сангаас物
按夹杂物形成时
球形 多面体 不规则多角形 条状
夹杂物对金属性能的影响
• 夹杂物破坏了金属的连续性，使强度和塑性下降；
•
尖角形夹杂物易引起应力集中，显著降低冲击韧
性，使金属的强度下降和抗疲劳能力降低。
成孔洞。这种因气体分子聚集而产生的 孔洞称为气孔。
一、气孔的分类及形成机理 二、夹杂物的形成及防止措 施
一、气孔的分类及形成机理
• • • 析出性气孔 侵入性气孔 反应性气孔
1、析出性气孔
• 液态金属在冷却凝固过程中，因气体溶解
度下降，析出的气体来不及逸出而产生的气
孔称为析出性气孔。这类气孔主要是氢气孔 和氮气孔。 • 溶解在液态金属中的气体元素在凝固时也 会出现偏析。一般最后凝固部位的枝晶间气
体浓度远高于平均浓度，且由于此时液态金
气体的析出过程
高温下溶解在液态
金属中气体的析出
方式有： • 扩散析出； • 形成化合物析出； • 聚集成气泡析出。 后者析出过程为： • •
防止焊缝产生夹杂物的措施
• 正确地选择原材料（包括母材和焊接材
料），母材、焊丝中的夹杂物应尽量少，
焊条、焊剂应具有良好的脱氧、脱硫效果； • 注意工艺操作，如选择合适的工艺参数；
适当摆动焊条以便于熔渣浮出；加强熔池
保护，防止空气侵入；多层焊时清除前一 道焊缝的熔渣等。
SH/mL.(100g)-1 T/℃ 氢在不同金属中的溶解度
梨状，孔径约 1～3 mm 。有些皮下气孔呈细长状，
垂直于铸件表面，深度可达 10 mm 左右。
[ Fe ] + { H2O } → [ FeO ] + H2
含氮树脂砂分解 →
N2
金属(或铸型)中的 C 氧化 → CO
金属与熔渣间的反应性气孔
• 当液态金属中含有混入的熔渣（ FeO）时，
会和液态金属（或铸型）中的 C 反应： FeO C Fe CO • 当采用石灰石砂型时，若有砂粒进入钢液 会
米），数量却很多（数量级可达108个/cm3）。由
（1）夹杂物的偏晶析出 于对流或密度差上浮或下沉，发生高频率的碰撞和
机械粘连。夹杂物粗化后运动速度加快，以更高的 在对金属进行脱氧、脱硫和孕育处理时， 速度与其他夹杂物碰撞、聚合长大。熔点较低的夹 杂物会重新熔化，尺寸大、密度小的夹杂物则会浮 L L A B
金属与铸型间的反应性气孔 金属与熔渣间的反应性气孔
液态金属内元素间的反应性气孔
金属与铸型间的反应性气孔
与侵入型气孔的区别在于反应性气孔 来源于液态金属与铸型间的化学冶金作用， 而侵入型气孔主要是高温液态金属对铸型
金属-铸型间反应性气孔常分布在铸件表面皮下 的物理作用。 1～3 mm 处，通称为皮下气孔，其形状有球状和
•
气孔是铸件或焊件最常见的缺陷之一。气孔 气体在金属中的含量超过其溶解度，
的存在不仅减小金属的有效承载面积，而且使 或侵入的气体不被金属溶解时，会以分 局部造成应力集中，成为零件断裂的裂纹源。 子状态的气泡存在于液态金属中。若凝
一些形状不规则的气孔，则会增加缺口的敏感 固前气泡来不及排除，就会在金属内形
侵入性气孔的特征
• 侵入性气孔的特征是数量较少、体积
较大、孔壁光滑、表面有氧化色，常出 现在铸件表层或近表层。形状多呈梨形、
椭圆形或圆形，梨尖一般指向气体侵入
的方向。侵入的气体一般是水蒸气、一 氧化碳、二氧化碳、氢、氮和碳氢化合
3、反应性气孔
液态金属内部或与铸型之间发生化学反应而产生 焊缝金属中存在的反应性气孔通常是 CO气孔， 是由液态金属中的 [O] 与 [C] 直接反应生成。 的反应性气孔：
溶解在液态金属中的[O]和[H] 反应生成 H2O 气泡，产生水气孔。这类气孔主要出现在铜合金 铸件中。 （3）碳-氢反应性气孔
二、夹杂物的形成及防止措施
• 夹杂物的来源及分类 • 铸件中的夹杂物 • 焊缝中的夹杂物
1、夹杂物的来源及分类
自身杂质
主要 来源
炉料中的杂质
焊材、母材中的杂质
熔炼过程反应产物
3、焊缝中的夹杂物
• 焊缝中的氮化物夹杂多在焊接保护不良时出
现，对于低碳钢和低合金钢，主要的氮化物
是Fe4N，在时效过程中过饱和析出，并以针
状分布在晶粒上或贯穿晶界。
• 焊缝中的硫化物夹杂主要有MnS和FeS两种。
FeS通常沿晶界析出，并与Fe或FeO形成低
熔点共晶。
• 低碳钢焊缝存在的氧化物夹杂主要是SiO2 、