焊缝中生成气孔的因素是多方面的,有时是几种因素共同作用的结果,但冶金因素和工艺因素起主导作用。

        1、冶金因素对气孔的影响

        冶金因素主要指与焊接化学冶金过程有关的因素,如熔渣的化学性质、焊条药皮或焊剂的成分、保护气体种类、铁锈和水分等。

        焊接时,熔渣的氧化性强弱,对生成气孔的倾向有明显的影响。实验证明,熔渣的氧化性增强。CO气孔的倾向就增加,而氢气孔的倾向减小;熔渣的还原性增强则相反。

        焊条药皮和焊剂的组成都比较复杂,所以对生成气孔的影响也比较复杂。现仅介绍焊接低碳钢和低合金钢时的影响。CaF2可以去氢,是因为CaF2在焊接中能与焊接区的氢形成稳定的HFHF在高温时不发生分解,也不溶于金属中。所以,用碱性焊条或加CaF2的焊剂焊接低碳钢,可以有效地防止氢气孔。实践证明,在HJ431中适量的CaF2SiO2共存时,也可形成稳定的HF。酸性焊条防止氢气孔主要是提高药皮的(SiO2MnOFeOMgO)氧化性,使氧化物与氢在高温时形成稳定性仅次于HFOH。生成的OH不仅降低了氢的分压,而且也不溶于金属,对消除氢气孔也是有效的。

        焊接区内的铁锈、水分、油污等对生成氢气孔的影响是很大的。其中铁锈中的高价氧化物和结晶水,高温时可分解出FeOH2HOOH等,结果使焊缝的氧化性增加,同时增加了气氛中氢的分压,因而使产生CO气孔和氢气孔的倾向都有增加。因此,采用碱性焊条焊接时,焊前必须把焊接区内的铁锈、水分、油污等清理干净。而酸性焊条对铁锈和水分的敏感性较低。

        2、工艺因素对气孔的影响

        工艺因素是指焊接工艺有关的因素,如焊接工艺参数和操作技能等。

熔池存在的时间t与焊接工艺参数的关系为:

                  tKUI/v

式中          K——常数,与被焊材料热物理性能有关;

                  U——电弧电压,V

                   I——焊接电流,A

                  v——焊接速度,cm/s

        由上式可知,为了减小焊缝中气孔,应适当增加熔池的存在时间t。增加t可通过增大电弧功率或降低焊接速度来实现。但要注意,因焊接电流过大,使熔滴过细而比表面积增大,熔滴吸收氢气增加,焊缝产生气孔倾向反而增加(因奥氏体和耐热钢焊条的电阻比碳钢的大,增大焊接电流会导致药皮发红、脱落和药皮中的碳酸盐提前分解,气孔倾向增加)。实践证明,提高电弧电压会使熔池保护性能变差,氮气孔倾向增加。提高焊接速度,会使结晶速度增加,气孔倾向也增加。

        电流种类和极性与气孔之间的关系是,当使用未烘干的焊条,采用交流电时,焊缝中最容易产生气孔;采用直流,气孔较少;采用直流反接时,气孔倾向最小。其原因是,氢以质子形式向熔池中溶解的同时,由原子释放出一个电子:

                        H[H]+e

许多研究认为,氢是以质子形式向液态金属中溶解。当工件接负时,液态金属的表面上有较多的电子,反应式向左进行,氢向熔池溶解受到阻碍;直流正接时,熔池表面为阳极有利于氢质子的形成,但形成的氢质子一部分熔入熔池,另一部分在电场的作用下向阳极运动,所以气孔倾向大于直流反接;交流电在电流通过零点的瞬时,氢质子可以顺利的进入溶池,因此交流电气孔倾向最大。

        定位焊是固定结构尺寸和减小结构变形的焊缝。由于焊缝尺寸短、气保护性差、母材温度低、冷却速度快,所以定位焊缝处出现气孔倾向高。有时定位焊缝上的气孔成为正式焊缝中的气孔核心。为此,定位焊一定要按正式焊缝来要求。

        为防止气孔的产生,焊前对焊接区、焊丝要认真清理,对焊条(焊剂)分类严格按要求烘干,对操作者要求持证上岗等,切断气孔来源。

        气孔是焊缝中常见的一种缺陷,产生的因素是多方面的,它的存在会使焊缝截面减小、强度降低,还会使腐蚀加剧,导致结构过早失效。因此,对气孔要给予足够的重视,根据生产条件采取相应措施。