浅谈焊接中工艺因素对焊缝的影响

时间：2024-04-25

张金涛　贾林虎　李永华

【摘要】焊缝中存在气孔，会削弱焊缝的有效工作截面，因此降低了焊缝的力学性能，使焊缝金属的塑性，特别是弯曲和冲击韧性降低更多，气孔严重时，会使金属结构在工作时遭到破坏。本文分析了焊接过程中焊缝中产生气孔的形成机理，叙述了防止气孔的措施。

【关键词】焊接气孔；焊接工艺因素

采油队经常出现油、水井管线渗漏现象，而且漏点大多数出现在焊缝处。此种原因主要是由焊接气孔造成的，因而对提高管线焊接质量要求日益迫切。

1.气孔在焊接中的分布规律

焊缝金属中具有一定形状的空洞型缺陷，叫气孔。

1.1产生的部位及特征

气孔最常见的缺陷，根据形状有圆球形、条形、针形；根据特征分有单个气孔、连续气孔和密集气孔；根据存在部位分有表面气孔和单个气孔。

气孔减小了焊缝的有效截面，降低焊缝的机械性能，贯穿状气孔还破坏了焊缝的致密性。形成气孔的主要气体是氢气、一氧化碳和氮气等。在焊接中，用钛钙型焊条施焊的焊缝，主要呈喇叭口型，常穿透焊缝表面，后者呈蜂窝状。

1.2它们的分布规律是：

1.2.1第一层焊缝比其他各层焊缝气孔多。

1.2.2平焊焊缝比其他位置焊缝的气孔多。

1.2.3管道焊接的上部焊缝比下部焊缝气孔多。

1.2.4管道焊接的第一层焊缝比其他位置的第一层焊缝气孔多。

1.2.5断弧焊比连续焊气孔多。

1.2.6长弧焊比短弧焊气孔多。

2.工艺因素对焊缝产生气孔的影响

焊接过程中，焊缝金属吸收了过多的气体。冷却时，气体在金属中溶解度下降，集聚形成气泡，由于受到焊缝金属结晶的阻碍，气泡无法上浮和逸出，残留在焊缝中形成气孔。

2.1客观因素的影响

2.1.1一般来说，第一层焊缝熔敷金属有正反两个表面，熔渣覆盖两个表面，减少了覆盖厚度，外界空气容易侵入熔池。

2.1.2平焊时，冷空气从熔池底部侵入，由熔池顶部逸出，但因熔池顶部受到电弧气氛的压力，使熔池内的气体逸出受到阻碍，而残留在焊缝中。

2.1.3小口径管道焊接时，由于管内空气不流通，管内气压升高，使熔池金属的气体溶解度增加。

2.2电源极性的影响

电源极性对产生氢气孔有一定影响，一般认为氢是以质子的形式溶解在液体金属中，在形成质子时，从原子中释放出一个电子：H→[H﹢]+e 直接反接，工件为负极，熔池表面电子过剩，不利于发生上述反应。阻止氢离解成质子。而且使用低氢型焊条时，从氟化钙中分解出来的氟是在阴极表面夺取氢离子的，所以反接法能有效地避免氢气孔。

2.3电流强度的影响

为了弄清电流大小对产生气孔的影响，做了如下焊接实验：

割取250*250*10的A3钢板31块，拼成30条平焊对接焊缝，开V型坡口。分别选用3.2结422和结506焊条。结506焊条经400℃烘焙2小时，用直流反接。结422焊条经200℃烘焙2小时，用交流电源。焊接电流分别为80、90、100、120安。每种焊条每挡电流各焊3条焊缝。采用断弧焊单面焊双面成型工艺。然后进行断面检查。检查结果，结422焊条只在120安电流的焊缝发现表面气孔，是由于电焊条尾部发红引起的。而结506焊条的焊缝只有92安和100安二挡电流的焊缝没有发现气孔。从实验中可见，增大电流熔池存在时间没有明显延长，相反增加了熔池面积和铁水飞溅，而且由于电弧吹力增大，使熔渣滞后，不能有效的保护熔池。各种直径焊条常用焊接电流如表1。

3.操作工艺的影响

3.1根据观察，熔池中的气体是从熔池后半部逸出的，用酸性焊条焊接时，由于冶金反应在熔池中产生大量气体，如果采用画圈法运条，则整个熔池都受到电弧的压力，气体不易逸出，易产生气孔。

3.2没严格按照要求烘干焊条和清理破口铁锈，铁锈是金属腐蚀以后的产物，其化学成分可表达为Fe2O3·H2O。可以看出，铁锈中含有多量Fe2O3和结晶水，因此，对熔池金属一方面有氧化作用，另一方面又分析出大量的氧。

加热时，铁锈将进行下列反应：3Fe2O3=2Fe3O4+O

Fe3O4+H2O=3Fe2O3+H2

Fe+H2O=FeO+H2

由于增加氧化作用，在结晶时就会促使生成一氧化碳气孔。

铁锈中的结晶水在高温分解出氢气，溶入熔池金属后，增加了生产氢气孔的倾向。

3.3焊接电弧过长、收弧位置不适当、焊件清理不干净、焊条受潮等，增大了气孔侵入机会而产生气孔，焊接电弧间隙极小，应以只有3-4mm距离的短弧焊进行焊接。

3.4焊接电流过小，焊接速度过快，影响气体从熔池中逸出，也容易产生气孔。

3.5用低氢型焊条焊接时，如果熄弧速度过慢，外界空气很容易侵入熔池，使接头处产生蜂窝状氮气孔。

4.防止气孔产生应采取的几项措施