气孔是焊接中常见的缺陷之一。气孔的存在首先影响焊缝的致密性(气密性和水密性),其次将减小焊缝的有效面积。此外,气孔还将造成应力集中,显著降低焊缝的强度和韧性,对结构的动载强度有显著的影响。人们通过研究统计x射线探伤底片上的缺陷.发现大多数都是气孔(80%左右),其次为夹渣、未焊透、裂纹。因此,防止气孔是保证焊缝质量的主要内容.也是提高焊缝一次合格率的主要措施。
构成气孔的气体,一是来自于周围介质.二是化学冶金反应的产物。
焊接低合金钢时.形成气孔的气体主要是H2和CO,即通常所说的氢气孔和一氧化碳气孔。
氢气孔的主要来源是焊条药皮和焊剂中的有机物、结晶水或吸附水、焊丝与母材表面的油污、铁锈以及空气中的水分等.在高温下分解产生H2,氢分子进一步分解为氢原子和离子。氢在液态金属中的溶解度很高,在高温时熔池和熔滴就有可能吸收大量的氢。而当温度下降时,溶解度随之下降,即熔池开始凝固后.氢的溶解度要发生突变。随着固相增多,液相中氢的浓度必然增大.并聚集在结晶前沿的液体中,使其浓度升高处于过饱和状态,形成气泡。气泡长大到一定程度上浮,当气泡上浮速度小于结晶速度时就形成氢气孔。
碳对氧的亲和力随温度升高而增大,高温下碳比铁、锰、硅等元素对氧的亲和力都大些。因此,上述反应主要发生在熔滴区和熔池头部。CO不溶于液态铁中,在高温形成后很容易形成气泡并迅速排出,不仅不会形成气孔,而且气泡析出时使熔池沸腾,有助于其它气体和杂质排出。
生成气孔的CO是在冶金反应后期形成的。熔池开始凝固后,液体金属中的C和FeO的浓度随固相增多而加大,造成二者在液体金属某一局部富集,浓度增加促使了式(2)的反应进行,而生成一定数量的CO。这时形成的CO由于温度下降、液体金属粘度增加及冷却快等原因.难于从熔池中逸出.而被围困于树枝晶粒间。此外.式(2)的反应是吸热过程,促使冷速加大,对气体析出更有利。
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