随着工业的迅速发展，钢结构越来越多。在钢结构的生产过程中，焊接结构也越来越多。由于焊接结构有很多优点，焊接接头在焊接结构中起着关键性的作用，很多焊接结构的破坏都是由于焊接接头的质量原因不合格造成的，有的造成了不可挽回的损失，甚至是危及到人的生命财产安全。在焊接接头中可能产生的焊接缺陷有很多，气孔是其中的一个，不同的焊接缺陷对焊接质量的影响不同，都不能轻易忽视，要看具体情况来分析。

1.气孔的来源

在焊接过程中，由于焊接时高温的金属溶解了较多的气体，以及在进行冶金反应时产生了较多的气体，这些气体在熔池凝固结晶的过程中来不及逸出就会形成气孔。不管是哪一种情况产生的气孔，都是由于气孔在熔池凝固结晶过程中来不及逸出而形成的。焊接时氢气孔来源于主要是空气中的氢气和水分、焊接材料中的水分、含氢物质等。氮的主要来源是焊接电弧周围的空气，尽管焊接时采取了一定的保护措施，但也会或多或少的进入到焊接区。

2.气孔的类型和特征

焊接过程中产生的气孔有很多类型，按气孔所在的位置分为表面气孔和内部气孔；按气孔的分布有单个气孔、密集气孔；有的贯穿整个焊缝，有的弥散分布于焊缝内部。按形成气孔的气体不同分为氢气孔、氮气孔、一氧化碳气孔。

（1）氢气孔

对于低碳钢和低合金钢来说，氢气孔一般情况下都是分布焊缝的表面，但也有个别的分布于焊缝的内部。气孔在表面呈喇叭口状，内壁光滑。在焊条电弧焊时如果焊条受潮，药皮中含有较多的水分，焊接时焊缝中的含氢量就会增高，在熔池凝固时来不及逸出就会夹在里面形成内部气孔。在焊接时温度很高，氢在熔池和熔滴中溶解度也很高，如果这是吸收了大量的氢气，在熔池凝固冷却时，氢的溶解度会急剧下降，熔池凝固的速度又很快，氢来不及逸出就会产生气孔。

（2）氮气孔

焊接时熔池金属的温度很高，氮的溶解度很大，在熔池中可以溶解大量的氮，当熔池凝固过程中，氮的溶解度就会急剧下降。这时熔池中过饱和的氮就以氮气泡的形式向熔池外逸出，如果熔池的凝固速度大于气泡的逸出速度时，气泡就会夹在里面形成气孔。氮气孔和氢气孔类似，一般也是多在焊缝的表面，多数情况下是成堆出现，属于密集型气孔。氮气孔出现的相对较少，主要是保护不好，有较多的空气侵入造成的

（3）一氧化碳气孔

在结构钢焊接时，由于钢中含有一定量的碳，在进行冶金反应时就会产生大量的一氧化碳。一氧化碳不溶于金属，在高温时一氧化碳能够以气泡的形式从熔池中逸出，这时不会产生气孔。当焊接热源离开，熔池开始凝固结晶，在凝固结晶过程中一氧化碳来不及逸出而残留在焊缝内部就形成了气孔。在熔池凝固结晶时，随着凝固的进行，熔池金属的粘度逐渐增大，此时产生的一氧化碳就不易逸出，很容易被围困在晶粒之间，特别是在柱状晶体凹陷处产生的一氧化碳更不易逸出。由于一氧化碳形成的气泡是在结晶的时候产生的，因此形成了沿结晶方向形成的条虫状的内气孔。一般一氧化碳气孔是内气孔，但有时候也可以是表面气孔，比如二氧化碳气体保护焊时，有可能由内部气孔转为表面气孔。

3.气孔的产生因素及预防

（1）熔渣

焊接时熔渣对产生气孔的影响主要是熔渣的氧化性和还原性。当形成的熔渣氧化性增大时，则形成一氧化碳气孔的倾向增加。当熔渣的还原性增大时，则形成氢气孔的倾向增加。适当调整熔渣的特性，可以减少气孔的发生。对于不同类型的焊条，不管是酸性焊条还是碱性焊条，在焊接时，随着熔渣的氧化性的增加，产生一氧化碳的气孔的倾向增加，但随着氧化性的降低，产生一氧化碳气孔的倾向减小，当达到一定程度时，又开始产生氢气孔。

（2）焊接材料

焊接材料比如焊条电弧焊的焊条、埋弧焊的焊剂等对产生气孔有一定的影响，可以通过焊条药皮添加一定量的减少气孔倾向的物质。焊条有碱性焊条和酸性焊条，一般在碱性焊条药皮里添加一定量的氟化钙，可以和氢直接发生化学反应，从而可以减少产生氢气孔的倾向。酸性焊条里没有氟化钙，可以在药皮里加入一定的具有较强氧化性的组成物，和氢发生反应，而能减少氢气孔的产生。

（3）铁锈油污

铁锈、油污、水分等对产生气孔有一定的影响，尤其是铁锈对气孔的影响最严重。由于铁锈中含有较多的Fe₂O₃和结晶水，而Fe₂O₃在高温下分解产生O，对金属产生一定的氧化作用，同时也会产生大量的氢；铁锈中的结晶水也会在高温下分解产生氢，从而增加了产生氢气孔的倾向。所以铁锈对两类气孔的产生都具有一定的倾向性。钢板上的氧化皮对产生CO气孔有较大的影响，所以在焊接之前一定要清除干净坡口两侧的铁锈和氧化皮。油污也含有大量的水分，同样增加氢气孔的产生倾向。如果焊条受潮，药皮吸收大量的水分而没有进行焊接之前烘干处理，药皮中的水分在高温下进行分解产生氢，也会造成氢气孔。所以焊条在焊接之前一定要进行检查是否受潮，如果受潮要进行烘干处理，烘干之后要放到保温桶里，并且随取随用，领取的焊条数量尽量当天用完为宜。

（4）工艺参数

焊接工艺参数有很多，比如焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊条或焊丝直径、气体流量、喷嘴大小等。对于焊条电弧焊来说，焊接电流、电弧电压和焊接速度都对产生气孔的倾向有一定的影响。焊接电流增大，熔池高温停留时间变长，有利于气泡的逸出，降低气孔产生倾向，但焊接电流过大，会使熔滴的比表面积变大，熔滴吸收的气体增多，反而增加了产生气孔的倾向，所以焊接电流不能过大，要有一个合适的范围。电弧电压增大，弧长变长，熔滴和空气的接触机会就变大，同时对熔池的保护效果变差，会使空气侵入，造成气孔，所以要采用合适的电弧电压。

（5）电源极性

电源的极性有交流和直流之分，直流又分为直流正接和直流反接。氢是以质子的形式溶解到熔池中的，当形成质子的时候同时产生电子：H→H⁺+e,当采用交流电焊接时，每当电流流经零点的瞬间，质子就可以顺利进入熔池，因而产生气孔的倾向增加。当采用直流反接时，工件那一端接的是负极，拥有大量的电子，就会促使反应向逆方向进行，阻止质子向熔池中溶解，这时产生氢气孔的倾向就会降低；当采用直流正接时，工件接的是正极，正好相反。

（6）焊接操作工艺

焊接操作不当也会对焊缝产生气孔有一定的影响，所以焊接前、焊接过程中都要注意。在焊接之前要按照焊接工艺要求进行彻底清理干净工件坡口两侧的油污、铁锈等污物。焊条电弧焊时，要检查焊条是否受潮，如果受潮要进行焊前烘干处理，并随取随用。另外，要严格按照焊接工艺参数进行焊接操作，比如焊接电流、电弧电压、焊接速度等，焊条电弧焊时，低氢型焊条时要用短弧焊接。如果采用直流焊接时，要尽量避免发生磁偏吹，降低了气体的保护作用，使空气侵入，造成气孔的产生。

4.结语

在焊接过程中，产生气孔的因素有很多，在焊接前和焊接过程中都要进行注意。焊接之前要清理坡口，焊接材料要进行按要求进行烘干。焊条和焊剂的选择，保护气体的选择、压力大小、流量大小等都要按照工艺进行选择和调节。只有各个因素的影响都按要求去做，才能尽可能的避免气孔的产生。

参考资料

[1]张文钺.焊接冶金学[M].北京：机械工业出版社，1999.