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摘 要：焊接制造技术是一门综合性技术。论述焊缝气孔缺陷的类型及形成条件，如何限制熔池溶入或产生气体以及排除熔池中存在的气体，选用与母材匹配的焊接材料，制定并控制焊接工艺条件，可以有效的控制焊接过程中的气孔缺陷的产生。
关键词：气孔；气孔类型；防治措施；
中图分类号：TG441.7 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-03-00-01
焊接制造技术，是一门综合性技术。在焊接施工中焊接缺陷如果影响焊接产品的质量，会造成返修，严重的甚至会造成焊接件报废，所以在此分析焊接过程中缺陷出现的条件及防治措施。防治焊接缺陷的首要条件是掌握缺陷的形成条件及形成原因，以制定合理的焊接工艺，并在生产制造中严格工艺要求，认真贯彻执行。
焊缝气孔是典型的焊接缺陷，气体的存在是形成气孔的先决条件。形成气孔的气体有两类：高温时金属溶解了较多的气体（如氢气和氮气）和熔池内产生的冶金反应产物（如一氧化碳和水蒸气）。焊接熔池吸收的气体因过饱和以致形成气泡，又不能及时逸出而残留于焊缝中，就会形成气孔。气孔的存在，不仅减少小了焊缝的有效承载面积，而且会形成应力集中，使焊缝的强度、韧性、疲劳强度下降，有时气孔还会成为裂纹源。因此，气孔的防止是焊接中第一个十分重要的问题。
一、焊缝气孔的类型及形成机理
（一）气孔类型及特征。气孔可按不同特征分为不同的类型，按形成气孔的气体来源可为析出型气孔和反应型气孔两种。
1、析出型气孔。因溶解度差而造成过饱和状态的气体的析出所形成的气孔，称为析出型气孔。这类气体主要是外部侵入熔池的氢和氮。对于大多数金属来说，易于溶解的氢最易在焊缝中形成气孔。氮的唯一来源是空气，如果采取正确的防护措施，氮气孔是比较容易避免的。就氢的影响而言因溶解度变化特性不同，在不同金属中对气孔的影响会有较大差别。
2、反应型气孔。熔池中除外部入侵的气体氢或氮之外，还会由于冶金反应而生成反应性气体，这类气体主要是一氧化碳、水蒸气，均为根本不溶于金属的气体。由于这类反应性气体造成的气孔，称为反应性气孔。焊接时典型的反应性气体为CO，其反应为[FeO]+[C]=[Fe]+CO↑。这一反应必须是在熔池内部发生时方可促使形成气孔。这类氧化反应的前提条件是熔池金属存在氧化物。所以，为防止产生气孔必须设法消除这类氧化物或使之转化为不具氧化能力的其它稳定氧化物。
（二）气孔形成的影响因素。影响焊缝中气孔形成的因素很多，主要涉及气体的来源、母材的种类、焊接材料以及焊接工艺等几个方面。以下着重介绍焊接工艺对气孔的影响。
1、焊接工艺是通过影响电弧周围气体向熔融金属中的熔入及熔池中气体的逸出而对气孔的形成产生影响的。如果焊接工艺不合理，以致电弧不稳定或失去正常保护作用，都促使增大外在气体的熔入，从而增大气孔的倾向。
2、电源的种类、极性和所用焊接参数对气孔的形成也有重要作用。一般来说，交流焊接时，气孔倾向大于直流焊接，直流正接时的气孔倾向大于直流反接，降低电弧电压可以减小气孔的倾向性。
3、熔池存在的时间对气体的熔入与排出也有明显的影响。存在时间长有利于气体的排出，但也会增加气体的熔入。对于反应性气体而言，显然应着眼于创造有利的排除条件，即适当增大熔池的存在时间。因此，增大热输入和适当的预热是有利于气体的排出的。对于氢和氮等析出性气体而言，既要考虑气体的熔入，也要考虑气体的逸出。因此。焊接参数的影响存在最佳值，而不是简单的增大和减小。
二、焊缝气孔的防治措施
从根本上来说，防止焊缝气孔缺陷的措施在于限制熔池溶入或产生气体以及排除熔池中存在的气体，在焊接中可以采取如下措施来防止气孔的产生。
（一）消除气体来源
1、适当的表面清理：工件及焊丝表面的氧化膜或铁锈以及油污等，均可在焊接过程中向熔池提供氢和氧，常是焊缝气孔的重要原因。必须在焊前彻底清除焊件坡口及附近表面的铁锈等。对于铁锈一般采用机械砂轮打磨和钢丝刷清理的机械清理方法。清理后最好能及时施焊，最好在清理后2～3小时以内进行焊接。
2、加强焊接区的保护：空气入侵熔池是气孔原因之一，主要是氮的作用。气体保护焊时必须防风。焊枪喷嘴前端保护气体的流速一般为2m/s左右，所以，风速如果超过此值，保护气体不能稳定而成为紊流状态，失去保护作用。正常条件下，保护气体的流量也影响保护效果，这与焊丝直径、坡口形状、接头形式、喷嘴形状以及喷嘴距焊件距离等因素有关。保护气体的纯度也需控制。
3、对焊接材料的防潮和烘干：焊条与焊机必须防潮，使用前进行烘干并放在专用烘箱或保温桶中保管，做到随用随取。
（二）正确选用焊接材料。焊接材料的选用非常重要，必须考虑与母材的匹配要求。
1、保护气体性质的影响。钢材焊接时，保护气体有单一CO2或CO2+Ar混合气体两大类。有色金属焊接时，主要采用惰性气体Ar或He，偶尔会在Ar中添加少许活性气体CO2或O2。从气孔角度考虑，活性气体优于惰性气体。因为活性气体CO2或O2均可促使降低氢的分压而限制溶氢，同时还能降低液体金属的表面张力和增大其活动性能，有利于气体排出。有色金属焊接时，为克制氢的有害作用，在Ar中添加氧化性气体CO2或O2有一定效果。
2、焊丝组成的影响。焊丝组成是否能适应母材的匹配要求，还必须考虑与这组合的焊剂（埋弧焊）或保护气体（气体保护焊）的成分。在许多情况下，希望形成充分脱氧条件，以抑制反应性气体的生成。即使焊接低碳钢也必须采用合金焊丝。
（三）控制焊接工艺条件。控制焊接工艺条件的目的是创造熔池中气体逸出的有利条件，同时也应有利于限制电弧外围气体向熔融金属中溶入。对于反应性气体而言，只有气体逸出条件比气体溶入条件改善更多，才有减少气孔的可能性。因此，焊接工艺参数应有最佳值，而不是简单地增大或减小的问题。正常的焊接工艺条件，不仅是控制正常的焊接工艺参数，还应保证所有焊接设备（包括电源、焊枪、或焊炬、供气系统）均处于正常状态。也不应出现误用焊接材料的情况。操作人员也应具有相当的技术水平。
通过对上述气孔形成条件的分析及所实施的控制措施，可以有效的控制焊接过程中的气孔缺陷的产生，同时存在的气孔是否被视为缺陷处理，也取决于该产品规定的检验技术条件。
参考文献：
[1]张文钺.焊接冶金学（基本原理）.北京：机械工业出版社，1999.
[2]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册.北京：机械工业出版社，2007.
[3]周敏惠等.焊接缺陷与对策.上海：上海科学技术文献出版社，1989.
[4]傅积和、孙玉林.焊接数据手冊.北京：机械工业出版社，1994.
关键词：气孔；气孔类型；防治措施；
中图分类号：TG441.7 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-03-00-01
焊接制造技术，是一门综合性技术。在焊接施工中焊接缺陷如果影响焊接产品的质量，会造成返修，严重的甚至会造成焊接件报废，所以在此分析焊接过程中缺陷出现的条件及防治措施。防治焊接缺陷的首要条件是掌握缺陷的形成条件及形成原因，以制定合理的焊接工艺，并在生产制造中严格工艺要求，认真贯彻执行。
焊缝气孔是典型的焊接缺陷，气体的存在是形成气孔的先决条件。形成气孔的气体有两类：高温时金属溶解了较多的气体（如氢气和氮气）和熔池内产生的冶金反应产物（如一氧化碳和水蒸气）。焊接熔池吸收的气体因过饱和以致形成气泡，又不能及时逸出而残留于焊缝中，就会形成气孔。气孔的存在，不仅减少小了焊缝的有效承载面积，而且会形成应力集中，使焊缝的强度、韧性、疲劳强度下降，有时气孔还会成为裂纹源。因此，气孔的防止是焊接中第一个十分重要的问题。
一、焊缝气孔的类型及形成机理
（一）气孔类型及特征。气孔可按不同特征分为不同的类型，按形成气孔的气体来源可为析出型气孔和反应型气孔两种。
1、析出型气孔。因溶解度差而造成过饱和状态的气体的析出所形成的气孔，称为析出型气孔。这类气体主要是外部侵入熔池的氢和氮。对于大多数金属来说，易于溶解的氢最易在焊缝中形成气孔。氮的唯一来源是空气，如果采取正确的防护措施，氮气孔是比较容易避免的。就氢的影响而言因溶解度变化特性不同，在不同金属中对气孔的影响会有较大差别。
2、反应型气孔。熔池中除外部入侵的气体氢或氮之外，还会由于冶金反应而生成反应性气体，这类气体主要是一氧化碳、水蒸气，均为根本不溶于金属的气体。由于这类反应性气体造成的气孔，称为反应性气孔。焊接时典型的反应性气体为CO，其反应为[FeO]+[C]=[Fe]+CO↑。这一反应必须是在熔池内部发生时方可促使形成气孔。这类氧化反应的前提条件是熔池金属存在氧化物。所以，为防止产生气孔必须设法消除这类氧化物或使之转化为不具氧化能力的其它稳定氧化物。
（二）气孔形成的影响因素。影响焊缝中气孔形成的因素很多，主要涉及气体的来源、母材的种类、焊接材料以及焊接工艺等几个方面。以下着重介绍焊接工艺对气孔的影响。
1、焊接工艺是通过影响电弧周围气体向熔融金属中的熔入及熔池中气体的逸出而对气孔的形成产生影响的。如果焊接工艺不合理，以致电弧不稳定或失去正常保护作用，都促使增大外在气体的熔入，从而增大气孔的倾向。
2、电源的种类、极性和所用焊接参数对气孔的形成也有重要作用。一般来说，交流焊接时，气孔倾向大于直流焊接，直流正接时的气孔倾向大于直流反接，降低电弧电压可以减小气孔的倾向性。
3、熔池存在的时间对气体的熔入与排出也有明显的影响。存在时间长有利于气体的排出，但也会增加气体的熔入。对于反应性气体而言，显然应着眼于创造有利的排除条件，即适当增大熔池的存在时间。因此，增大热输入和适当的预热是有利于气体的排出的。对于氢和氮等析出性气体而言，既要考虑气体的熔入，也要考虑气体的逸出。因此。焊接参数的影响存在最佳值，而不是简单的增大和减小。
二、焊缝气孔的防治措施
从根本上来说，防止焊缝气孔缺陷的措施在于限制熔池溶入或产生气体以及排除熔池中存在的气体，在焊接中可以采取如下措施来防止气孔的产生。
（一）消除气体来源
1、适当的表面清理：工件及焊丝表面的氧化膜或铁锈以及油污等，均可在焊接过程中向熔池提供氢和氧，常是焊缝气孔的重要原因。必须在焊前彻底清除焊件坡口及附近表面的铁锈等。对于铁锈一般采用机械砂轮打磨和钢丝刷清理的机械清理方法。清理后最好能及时施焊，最好在清理后2～3小时以内进行焊接。
2、加强焊接区的保护：空气入侵熔池是气孔原因之一，主要是氮的作用。气体保护焊时必须防风。焊枪喷嘴前端保护气体的流速一般为2m/s左右，所以，风速如果超过此值，保护气体不能稳定而成为紊流状态，失去保护作用。正常条件下，保护气体的流量也影响保护效果，这与焊丝直径、坡口形状、接头形式、喷嘴形状以及喷嘴距焊件距离等因素有关。保护气体的纯度也需控制。
3、对焊接材料的防潮和烘干：焊条与焊机必须防潮，使用前进行烘干并放在专用烘箱或保温桶中保管，做到随用随取。
（二）正确选用焊接材料。焊接材料的选用非常重要，必须考虑与母材的匹配要求。
1、保护气体性质的影响。钢材焊接时，保护气体有单一CO2或CO2+Ar混合气体两大类。有色金属焊接时，主要采用惰性气体Ar或He，偶尔会在Ar中添加少许活性气体CO2或O2。从气孔角度考虑，活性气体优于惰性气体。因为活性气体CO2或O2均可促使降低氢的分压而限制溶氢，同时还能降低液体金属的表面张力和增大其活动性能，有利于气体排出。有色金属焊接时，为克制氢的有害作用，在Ar中添加氧化性气体CO2或O2有一定效果。
2、焊丝组成的影响。焊丝组成是否能适应母材的匹配要求，还必须考虑与这组合的焊剂（埋弧焊）或保护气体（气体保护焊）的成分。在许多情况下，希望形成充分脱氧条件，以抑制反应性气体的生成。即使焊接低碳钢也必须采用合金焊丝。
（三）控制焊接工艺条件。控制焊接工艺条件的目的是创造熔池中气体逸出的有利条件，同时也应有利于限制电弧外围气体向熔融金属中溶入。对于反应性气体而言，只有气体逸出条件比气体溶入条件改善更多，才有减少气孔的可能性。因此，焊接工艺参数应有最佳值，而不是简单地增大或减小的问题。正常的焊接工艺条件，不仅是控制正常的焊接工艺参数，还应保证所有焊接设备（包括电源、焊枪、或焊炬、供气系统）均处于正常状态。也不应出现误用焊接材料的情况。操作人员也应具有相当的技术水平。
通过对上述气孔形成条件的分析及所实施的控制措施，可以有效的控制焊接过程中的气孔缺陷的产生，同时存在的气孔是否被视为缺陷处理，也取决于该产品规定的检验技术条件。
参考文献：
[1]张文钺.焊接冶金学（基本原理）.北京：机械工业出版社，1999.
[2]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册.北京：机械工业出版社，2007.
[3]周敏惠等.焊接缺陷与对策.上海：上海科学技术文献出版社，1989.
[4]傅积和、孙玉林.焊接数据手冊.北京：机械工业出版社，1994.