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聊一聊那无处不在,忽隐忽现的焊接气孔

聊一聊那无处不在,忽隐忽现的焊接气孔

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【摘要】:
所谓气孔指的是气体在焊缝中形成的孔洞。气孔是焊缝中常遇到的一种缺陷,它的存在减少了焊缝有效的截面积,使应力集中,破坏了焊缝的致密性,使焊件失效。 焊缝中有表面气孔,内部或根部气孔,如电渣焊焊缝的内部气孔,也有贯穿性气孔;从分布上看,有单个气孔,也有成堆密集气孔等。 形成气孔的气体有氢、氮、一氧化碳气体和水蒸气等。氢、氮气体是在高温时溶解于金属中的,在凝固过程中,氢、氮气体在液固阶段溶解度发生突然下

所谓气孔指的是气体在焊缝中形成的孔洞。气孔是焊缝中常遇到的一种缺陷,它的存在减少了焊缝有效的截面积,使应力集中,破坏了焊缝的致密性,使焊件失效。

 

焊缝中有表面气孔,内部或根部气孔,如电渣焊焊缝的内部气孔,也有贯穿性气孔;从分布上看,有单个气孔,也有成堆密集气孔等。

 

形成气孔的气体有氢、氮、一氧化碳气体和水蒸气等。氢、氮气体是在高温时溶解于金属中的,在凝固过程中,氢、氮气体在液固阶段溶解度发生突然下降,来不及逸出,残留在了金属中;一氧化碳气体和水蒸气是金属冶金反应形成而又不溶于金属的气体。

 

气泡上浮的过程

 

熔池结晶速度,当结晶速度较小时,气泡可有充分时间逸出。

 

1、 氢气孔

低碳钢和低合金钢焊缝中,氢气孔的断面呈螺钉状,多数出现在焊缝表面(个别情况下也会出现在内部),呈喇叭口形,气孔四周有光滑内壁。对于铝镁合金常出现在焊缝的内部。

 

对于手弧焊来说,氢主要来自焊条焊剂中的有机物、结晶水或吸附水,母材和焊丝表面的油污和空气中的水气等。氢溶入金属中的方式:在熔渣保护的条件下,熔渣本身具有一定溶解氢的能力,溶解在渣中的氢大都以OH—的形式存在,OH—与Fe2+通过交换电子产生氢原子进入液体金属;气体保护焊时,气体中的氢与金属接触后直接以原子或质子形式溶入。

 

百度百科:又称结合水。结晶水是结合在化合物中的水分子,它们并不是液态水。很多晶体含有结晶水.但并不是所有的晶体都含有结晶水。溶质从溶液里结晶析出时,晶体里结合着一定数目的水分子,这样的水分子叫结晶水。

 

 氢溶入的多少与温度和金属的状态有关。

 

氢的溶解度与温度的关系是,在固态铁中溶解度小于0.6mL/100g,1350℃为10.1mL/100g,由固态转变为液态时,氢的溶解度骤然上升,2400℃时最大为43mL/100g。氢在不同晶格类型的金属中溶解度也不相同,氢在面心立方晶格的金属中的溶解度大于体心立方晶格。

 

液态铁转变为δ-Fe时,溶解度突然下降,从32mL/100g降至10mL/100g。如果熔池中已吸收了较多的氢,同时冷却速度又比较快,在凝固过程中必然伴随着氢由固相向液相扩散,而使液相中氢达到过饱和状态,从而为氢气孔的产生创造了必要条件。

 

熔池结晶过程中,当固液两相并存时,由于固液两相溶解度的差异,氢在结晶前沿会发生聚集,特别是相邻树枝晶之间凹谷部位,随液相的减少熔池底部的浓度不断增加,当浓度达到不能维持过饱和状态时,气泡就会产生。

 

由此可知,氢气孔是在结晶过程中形成的,在树枝晶之间凹谷部位成核,在该部位长大、上浮都会受到树枝晶的阻碍和粘度的阻力,因此,形成了上大下小喇叭口形的气孔,而且往往呈现在焊缝的表面。

 

2、氮气孔

氮气孔形成的过程一般认为与氢气孔相似,这种气孔也分布在焊缝表面,多数成堆出现,与蜂窝相似。断口分析发现,气孔内表面呈凹凸形貌。但在正常的焊接时焊缝中很少出现氮气孔,只有电弧较长保护不好时才会产生氮气孔。

 

3、一氧化碳气孔

 CO主要是FeO或其他氧化物与C在高温时作用产生的。反应如下:

        

  [C]+[O]====CO

 [FeO]+[C]====CO+[Fe]

[MnO]十[C]====CO+[Mn]

[SiO2]+2[C]====2CO+[Si]

 

 CO气孔是在冶金反应后期生成的,随着结晶的进行,生成的CO达到一定数量。由于温度的降低,液体粘度的增加,生成CO是吸热反应等原因,产生的CO来不及逸出,而被围困在树枝晶粒间。由于CO气泡浮出的速度比氢气泡慢,因此多形成于焊缝内部,呈条虫状,内壁有氧化颜色。如高碳工具钢SK5电子束焊焊缝一氧化碳气孔形貌。 

 

 应当指出,各种气泡中的气体并不是单一的,而是几种气体同时存在的。可以认为在一定条件下,其中一种气体对气孔的形成起主导作用,而在各种气体共同作用下,气泡得以迅速发展和长大。 

 

 

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