文档介绍：焊缝中的气孔和夹杂
华侨大学
焊缝中的气孔
在焊接生产中遇到气孔问题是十分普遍的,几乎从碳钢到高合金钢、有色金属都有产生气孔的可能。
从表面现象来看,气孔的类型很多。有表面气孔,也有焊缝内部气孔;有时以单个分布,有时成堆密集;也有时贯穿整个焊缝断面,还有时弥散分布在焊缝内部:总之,气孔类型繁多。
气孔的类型及其分布特征
焊缝中的气孔
根据多年的研究,焊缝中产生气孔的根本原因是由于高温时金属溶解了较多的气体(如氢、氮);另外,在进行冶金反应时又产生了相当多的气体(如CO)。这些气体在焊缝凝固过程中来不及逸出时就会产生气孔。
进一步的研究查明,能形成气孔的气体不外两类:
第一类:高温时某些气体溶解于熔池金属中,当凝固和相变时,气体的溶解度突然下降而来不及逸出残留在焊缝内部的气体,如氢和氮;
第二类:由于冶金反应产生的不溶于金属的气体,如CO和H2O等。
焊缝中的气孔
由于产生气孔的气体不同,因而气孔的形态和特征也有所不同。
对于低碳钢和低合金钢的焊接来讲,在大多数情况下,氢气孔出现在焊缝的表面上,气孔的断面形状如同螺钉状,在焊缝的表面上看呈喇叭口形,而气孔的四周有光滑的内壁。
(1)氢气孔
这类气孔在个别的情况下也会出现在焊缝的内部。如焊条药皮中含有较多的结晶水,使焊缝中的含氢量过高,因而在凝固时来不及上浮而残存焊缝内部,对于铝、镁合金的氢气孔也常出现在焊缝内部。
焊缝中的气孔
因为高温时氢在熔池和熔滴金属中的溶解度很高,吸收了大量的氢气。当冷却时,氢在金属中的溶解度急剧下降,特别是从液态转为固态的a铁时,氢的溶解度可32mL/100g降至10mL/100g。因焊接熔池冷却很快,氢来不及逸出时,就会在焊缝中产生气孔。
关于氮气引起的气孔,其机理一般认为与氢气孔相似,气孔的类型也多在焊缝表面,但多数情况下是成堆出现,与蜂窝相似。在焊接生产中由氮引起气孔较少。氮的来源,主要是由于保护不好,有较多的空气侵人熔池所致。
焊缝中的气孔
这类气孔主要是在焊接碳钢时,由于冶金反应产生了大量的CO,在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。
(2)CO气孔
各种结构钢总是含有一定的碳量,当焊接时,由于冶金反应而产生了大量的CO ,例如:
焊缝中的气孔
这些反应可以发生在熔滴过渡的过程中,也可以发生在熔池里熔渣与金属相互作用的过程中。
我们知道,CO不溶于金属,所以在高温时冶金反应所产生的CO就会以气泡的形式从熔池中高速逸出,并不会形成气孔。
但是,当热源离开以后,熔池开始凝固时,由于铁碳合金溶质浓度偏析的结果,可使熔池中的氧化铁和碳的浓度在某些局部地方偏高,有利于进行下列反应:
焊缝中的气孔
因凝固结晶时,熔池金属的粘度不断增大,此时产生的CO就不易逸出,很容易被围困在晶粒之间,特别是在树枝状晶体凹陷最低处产生的CO更不易逸出。
另外,这种反应是吸热过程,会促使凝固加快,因而由CO形成的气泡来不及逸出时便产生了气孔。由于CO形成的气泡是在结晶过程中产生的,因此形成了沿结晶方向条虫形的内气孔。
焊缝中形成气孔的机理
从试验研究可以知道,产生气孔的过程是由三个相互联系而又彼此不同的阶段所组成,即气泡的生核、长大和上浮。
焊缝中的气孔
气泡的生核至少要具备两个方面的条件:
(1)气泡的生核
液态金属中存在饱和气体是形成气孔的重要条件,而焊接时熔池金属可以获得大量的气体,所以这a条件较易满足。在极纯的液态金属中形成气泡核的可能性极小,然而在焊接熔池中存在大量的现成表面这时产生气泡核就比较容易。
焊缝中的气孔
气泡核形成之后,就要继续长大。气泡长大应满足以下条件:
气泡内部压力即各种气体分压的总和大于阻碍气泡的外界压力。
(2)气泡的长大
(3)气泡的上浮
气泡核形成之后,在熔池金属中经过一个暂短的长大过程,便从液态金属中向外逸出。