焊接气孔的产生原因及预防措施（激光焊接参考）

本文主要分析焊接气孔的产生原因及预防措施。 其经验来自于传统焊接，但对于激光焊接也具有很高的参考价值。 ——紧随中国激光及激光焊接潮流！

焊接缺陷分析：焊缝气孔

⑴成孔条件Ve≤R

Ve——气泡出现速度 R——焊缝凝固速度

⑵气孔类型

①沉淀型孔隙——溶解度突变的N、H气体；

②反应孔隙---熔池反应生成溶解度极低的气体CO：[FeO]+[C]=(FeO)+CO↑

焊接气孔的形成原理

可沉淀气体在高温下溶解，在室温下沉淀。

不同结晶速率对孔隙形成的影响

增加熔池存在时间有利于反应气体的排出； 对于沉淀气体，必须考虑溶解和逸出。

焊接气孔的形状和位置

焊缝长度方向：单孔、密孔、链孔

焊缝横截面内：扩散气孔、根部气孔、层间气孔、熔合线气孔（熔合线内部气孔、熔合线表面气孔）；

缺陷发生部位：内部气孔、表面气孔、起弧气孔、弧坑气孔等。

X光片上显示的毛孔形状

X光片上显示的毛孔形状

产生的孔隙主要有三种类型：一氧化碳孔隙、氮气孔隙和氢气孔隙。

(1)一氧化碳孔隙

如果焊丝中脱氧元素（Mn/Si）含量不足，焊接过程中就会有更多的FeO熔入熔池金属中。 随后，当熔池凝结时，熔池中的FeO与C发生化学反应：Fe+CO

当熔池金属凝结过快时，生成的CO气体来不及从熔池内部完全逸出，从而形成气孔。 通常，此类气孔常出现在焊缝根部和表面，呈“长虫”状。

“长虫”形状的一氧化碳孔隙

(2)氮孔

气体保护不良：在CO2/MAG气体保护过程中，如果由于工艺参数选择不当等原因导致保护功能恶化； 喷嘴口气体形状由“层流”变为“紊流”，保护气体被搅拌到空气中；CO2/MAG气体纯度不高； 燃气压力过高（大于0.3Mpa）； 气体压力太小（小于0.2Mpa）； 气体压力不稳定； 气体流量太大（大于25L/min）； 气体流量太小（小于15L/min）； 焊丝干伸长过大，或电弧电压过高，电弧长度过长； 空气中的氮气在电弧的高温下熔化到熔池金属中。 当熔池凝结时，随着温度的降低，氮在液态金属中的溶解度下降，特别是在结晶过程中，溶解度会急剧下降。 此时，如果金属中析出的氮没有来得及逸出，焊缝表面往往会出现蜂窝状气孔，或者微气孔以弥散形式分布在焊缝金属中。 这些孔呈“针尖”形状。 它经常在抛光后检查或水压测试中发现。

蜂窝状氮气孔

(3)氢孔

焊缝金属溶解了过量的氢：CO2/MAG气体保护焊时，焊丝和焊件表面是否有铁锈、油污、水分； CO2/MAG气体含有水分，或焊接环境湿度过高； 在电弧高温的作用下，这些物质分解产生氢气，氢气在高温下也溶于熔池金属中。 随后，当熔池冷凝结晶时，氢在金属中的溶解度急剧下降。 如果析出的氢来不及从熔池逸出，就会在焊缝金属中造成氢气孔。 这些毛孔是“球”形的。

“球形”氢孔

焊缝出现气孔（简要分析）

毛孔粗大的主要原因（23个）

1）空气侵入电弧和熔池区：

1.1保护气体压力和流量过大或过小；

1.2保护气喷嘴太小或状况不良；

1.3焊枪倾斜角度过大或焊枪间距过大；

1.4焊丝伸出端过长或导电嘴弯曲；

1.5保护气管道堵塞或泄漏；

1、6稿；

1.7 电弧偏转或电弧磁吹；

1.8 电弧过长，电弧电压过高；

1. 9 电弧不稳定（送丝不稳定）；

2）熔池中产生气体状物质：

2. 1个熔融偏析区；

2.2焊丝与保护气体组合不当；

2.3焊层结构布置错误；

2.4焊枪摆动幅度过大，熔池过大；

2.5 点焊件直接焊接，无需打磨；

3）焊枪故障：

3.1冷却水系统密封不良；

3.2保护气体出气孔被堵塞；

3.3保护气喷嘴有缺陷或配合不当；

3.4 导电嘴位置错误；

4）工件及焊丝表面缺陷：

4.1工件或焊丝表面受潮、锈迹、脏漆、油脂、水份及焊渣影响；

4.2焊丝或工件表面镀有铅、锌、镉等低沸点金属镀层；

5）焊接参数选择不当

5.1 电弧电压过高

5.2焊接速度太快

5.3干伸长过大

铝及铝合金MIG焊内部气孔较多

产生原因：基材氧化膜及油、水等杂质未彻底清除； 焊丝质量差，表面有氧化膜及油、水等污染物； 气体不纯，Ar

焊枪喷嘴保护不好，搅入空气；

电弧电压太高，电弧长度高，熔滴被吸入空气中；

空气湿度高，环境潮湿； ETC。

铝焊缝中的氢孔

解决方案：

严格清理基材表面的氧化膜（机械或化学清理方法）；

严格清理油、水等杂质（用丙酮除去油、水）；

采用优质铝焊丝，表面光亮、平整、光滑；

采用高纯氩气保护，Ar≥99.999%； 气体流量：22-25L/min；

必须采用“左向焊接法”，焊枪必须保护好；

弧压调试处于“分喷过渡”状态；

脉冲MIG调试产生“脉冲和下降”状态； 焊接前将铝工件预热至80--100℃； ETC。

铝焊缝中的氢孔

铝合金焊缝中的“晶层气孔”

铝合金MIGMIG焊熔深与气孔

基材氧化膜产生的气孔

药芯焊丝焊缝表面压痕和气孔

原因：

药芯焊丝内部的粉末是湿的；

水蒸气产生二氧化碳孔隙；

熔渣凝固，涌出的气体将焊缝表面压出“蠕虫状”压痕气孔。

“昆虫般”的压痕毛孔

解决方案：

药芯焊丝严禁吸潮；

当天未用完的焊丝必须密封存放；

具有“蠕虫状”压痕气孔的焊丝必须报废和禁止。

“昆虫般”的压痕毛孔

某公司焊孔产生原因分析

MAG焊气体保护问题的改善

机器人焊接气体保护问题的改进

焊工站焊接气体保护问题的改善

焊接气体保护问题的改善

CO2/MAG焊气体保护问题的改善

焊孔问题

铝合金焊接时形成的气孔

铝是一种活性元素，可以自行脱氧。 与钢在焊接时会形成CO或CO2气孔不同，它主要是氢气孔。

铝的导热系数很大。 相同工艺条件下，铝熔合区冷却速度是高强钢的4～7倍，不利于气泡逸出。

氢的主要来源

1）保护气体中的水分； 2）焊材及母材表面吸附的水分； 3）工件坡口处氧化膜、油污等； 4）母材加工过程中的污染物。

铝合金MIGMIG焊接气孔的影响因素

•铝合金表面清洁质量（油污、污垢和氧化膜未去除）

•焊接参数（电压太高、电弧太长且发散、气孔多）

•保护气体纯度（低于99.99%不能使用）

•环境温湿度（温度≥26°，湿度≥80%，孔隙较多）

•焊接位置（多气孔的水平焊和仰焊）

•母材及焊丝的氢含量（国产焊丝杂质多，氢含量高，表面脏）

•焊枪角度及干伸长（正向法，运行角度70°；干伸长≤20mm）

铝合金MIGMIG焊接气孔趋势

•氢空穴目前很难完全避免。 氢气的来源有很多，包括电弧气氛中的氢气、铝板和焊丝表面吸附的空气中的水分等。气孔只能在一定程度上得到抑制。

•氩气符合GB/T4842标准要求，纯度达99·99%以上。 但当含水率≥20ppm时，会出现大量致密气孔，X光片不合格。

•空气相对湿度超过80%，焊缝处有明显的致密气孔，X光片不合格。

•焊工的操作技能也有很大的影响。

影响铝合金焊缝气孔的因素

焊接方法的影响

• 在MIG 焊接过程中，焊丝以细小的熔滴形式过渡到熔池。 弧柱温度高，熔滴比表面积大钢结构电弧喷锌公司，熔滴易吸氢；

•另外，MIG焊的熔池深度比TIG焊大，不利于氢气泡的逸出。

铝合金焊接工艺参数的影响

焊接规范主要影响熔池在高温下的停留时间，从而影响氢的溶解时间和析出时间。

•MIG焊接时，氧化膜对焊丝的影响更为显着。 通过缩短熔池时间并不能阻止氢气溶解到熔池中。 因此，降低焊接速度、增加焊缝能量有利于增加熔池存在时间。 减少焊缝中的孔隙率。

保护气体因素的影响

使用高纯Ar或使用Ar+He改变（即增加）热容量并改变溶液池的形状，将尖“V”形变成圆底形状，延长在溶液池中的停留时间，并促进毛孔逃逸。

母材表面状况因素的影响

•不同的焊接材料和母材钢结构电弧喷锌公司，其氧化膜性质不同，对气孔的影响也不同。

•MgO松散，易吸水，易产生气孔；

•MnO致密，不易吸水，不易产生气孔。

工作环境因素的影响

环境因素主要是指温度和湿度。

•0℃以下，湿度不影响气孔的形成；

•0℃以上，温度越高，湿度越大，气孔越容易敏感。

•此外，表面油脂污染也严重造成毛孔粗大。

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