焊缝金属气孔的形成机理及对使用性能的影响

气孔是焊接时，熔池中的气体在金属凝固以前未能来得及逸出，而在焊缝金属中残留下来所形成的空穴。

气孔的危害性比裂纹小，但气孔的尺寸和数量超过一定范围时，就是不允许存在的焊接缺陷。微量气孔，对接头静态拉伸或屈服强度无明显影响。气孔对塑性的影响比较显著，母材屈服强度越高，气孔对塑性的影响就越大。焊缝中溶入的气体或由其引起气孔的污染也会影响焊缝金属的其他使用性能。当焊件在承载条件下工作时，溶入气体的缝隙是导致焊件开裂的裂纹源，而钢中的氢就是导致这种裂纹的原因。其他气体，如少量的氮和氧的影响不大。气孔对焊缝金属冲击韧度的影响很小。一定数量或大尺寸的气孔会大大削弱焊缝的截面积，降低焊缝的强度、塑性和韧性。焊缝表面的气孔还有损于焊缝的外观质量。

形成气孔的气体，来源于两个方面，一种是外部气体进入并溶解于高温金属熔池中；另一种是熔池中有机物的分解或元素的氧化反应产生的气体。在高温金属熔池的冷却过程中，熔池中的气体，由于溶解度降低而处于饱和状态，就会急剧向外逸出，来不及逸出的气体，被凝固的焊缝金属包围，就形成气孔。在焊接过程中促使焊缝形成气孔的气体有氢气、氮气和CO气体。氢气孔、氮气孔大多出现在焊缝表面；CO气孔多产生于焊缝内部并沿结晶方向分布。

氢是焊缝金属中产生气孔的主要因素，它可以从任何气源进入焊接熔池，例如，焊接区的空气、焊剂或焊条药皮中的纤维化物质等。由于焊剂、焊条药皮、空气或母材金属表面都可能含有水分，焊接熔池中的氢也可因为水的溶解所致。而存在于填充焊丝表面上的拉拔用的固溶剂也是引起焊缝金属氢致气孔的重要原因，特别是小直径焊丝。母材水分或表面氧化物中的溶解氢可能残留在焊缝金属内部。填充金属中也含有一定量的溶解氢。(www.xing528.com)

氮气通常是由于电弧和焊接熔池的保护被破坏，空气进入焊接区造成的。

氧可能从焊丝或母材上的氧化物、焊剂或焊条药皮中的化合物或者空气这三种形式进入焊接熔池。母材金属、填充金属、焊剂或焊条药皮中的脱氧剂不足，则会导致焊接熔池的脱氧不完全。

焊缝金属中的气孔通常与焊接方法和焊接工艺有关。在某些情况下，还与母材金属的牌号和化学成分有关。焊接方法、焊接工艺、母材金属牌号（包括冶金方法）直接影响焊接熔池中气体的数量和存在形式。焊接方法、焊接工艺控制着焊接熔池的凝固速度，进而影响焊缝中气孔的数量。对于给定的焊接工艺和母材组合，采用正确的焊接工艺，焊缝金属中基本不会产生气孔。溶解型气体常常存在于液态焊缝金属内部，如果溶解的气体含量超过其固态溶解度时，则当焊缝金属凝固时，便形成气孔。焊接熔池中气体可能有H₂、O₂、N₂、CO、CO₂等，其中CO、H₂、N₂在焊接熔池中的溶解度比其他气体都大得多，而且这些气体在固态时的溶解度比液态时低，所以是最容易产生气孔的气体。