所謂氣孔，是指焊縫中氣體形成的孔洞。氣孔是焊縫中常見(jiàn)的一種缺陷。它的存在減少了焊縫的有效截面積，集中了應(yīng)力，破壞了焊縫的致密性，使焊件失效。

焊縫中有表面氣孔、內(nèi)部氣孔或根部氣孔，如電渣焊焊縫中的內(nèi)部氣孔和穿透氣孔。從分布來(lái)看，有單個(gè)孔隙，也有成堆的致密孔隙。

形成孔隙的氣體包括氫氣、氮?dú)?、一氧化碳和水蒸氣。氫氣和氮?dú)庠诟邷叵氯芙庠诮饘僦?。在凝固過(guò)程中，液固階段氫氣和氮?dú)獾娜芙舛韧蝗幌陆担瑏?lái)不及逃逸，留在金屬中。一氧化碳和水蒸汽是金屬冶金反應(yīng)形成的氣體，但不溶于金屬。

氣泡漂浮過(guò)程

熔池的結(jié)晶速率，當(dāng)結(jié)晶速率較小時(shí)，氣泡可以有足夠的時(shí)間逸出。

a)結(jié)晶速度小

b)大的結(jié)晶速度

不同結(jié)晶速率對(duì)孔隙形成的影響

1.氫空穴

在低碳鋼和低合金鋼的焊縫中，氫孔的橫截面呈螺旋狀，大部分出現(xiàn)在焊縫表面(在某些情況下也出現(xiàn)在內(nèi)部)，呈喇叭狀，內(nèi)壁上有4個(gè)周有光孔滑動(dòng)。鋁鎂合金經(jīng)常出現(xiàn)在焊縫內(nèi)部。

對(duì)于手工電弧焊，氫主要來(lái)源于焊條藥皮中的有機(jī)物、結(jié)晶水或吸附水、母材和焊絲表面的油污、空氣中的水分等。

氫溶入金屬的方式:在渣保護(hù)條件下，渣本身具有一定的溶氫能力，溶于渣中的氫大部分以O(shè)H-的形式存在，OH-與Fe2 ++交換電子生成氫原子進(jìn)入液態(tài)金屬；在氣體保護(hù)焊中，氣體中的氫在與金屬接觸后直接以原子或質(zhì)子的形式溶解。

溶解的氫量與金屬的溫度和狀態(tài)有關(guān)。

氫氣的溶解度與溫度的關(guān)系是在固體鐵中的溶解度小于0.6mL/100g，1350℃時(shí)為10.1mL/100g。當(dāng)它從固體變成液體時(shí)，氫氣的溶解度突然上升，在2400℃時(shí)達(dá)到最大值43mL/100g。氫在不同晶格類(lèi)型的金屬中的溶解度也不同，氫在面心立方晶格的金屬中的溶解度大于體心立方晶格。

當(dāng)液態(tài)鐵轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Fe時(shí)，溶解度突然從32mL/100g下降到10 ml/100 g，如果熔池中已經(jīng)吸收了較多的氫，且冷卻速度較快，在凝固過(guò)程中，氫必然從固相擴(kuò)散到液相，液相中的氫就會(huì)過(guò)飽和，從而為氫孔的產(chǎn)生創(chuàng)造了必要的條件。

在熔池結(jié)晶過(guò)程中，固液相共存時(shí)，由于固液相溶解度的差異，氫會(huì)聚集在結(jié)晶前沿，特別是相鄰枝晶之間的谷中。隨著液相的減少，熔池底部的濃度會(huì)不斷增加，當(dāng)濃度不能保持過(guò)飽和時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生氣泡。

可以看出，氫孔是在結(jié)晶過(guò)程中形成的，形核發(fā)生在枝晶之間的谷中，在這里生長(zhǎng)和漂浮會(huì)受到枝晶和粘性的阻力的阻礙。因此形成大小喇叭口的氣孔，經(jīng)常出現(xiàn)在焊縫表面。

2.氮?dú)饪?/p>

氮空穴的形成過(guò)程一般被認(rèn)為與氫空穴的形成過(guò)程相似。這些孔洞也分布在焊縫表面，且大多呈堆狀出現(xiàn)，類(lèi)似蜂窩狀。斷口分析表明，孔隙內(nèi)表面呈凹凸?fàn)?。但正常焊接時(shí)，焊縫中很少出現(xiàn)氮孔，只有在電弧較長(zhǎng)、保護(hù)不好的情況下才會(huì)出現(xiàn)氮孔。

3.一氧化碳?xì)饪?/p>

CO主要是FeO或其他氧化物在高溫下與C作用產(chǎn)生的。反應(yīng)如下:

[C]+[O]====CO

[FeO]+[C]====CO+[Fe]

[MnO]十[C]====CO+[Mn]

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

CO孔隙在冶金反應(yīng)后期形成，隨著結(jié)晶的進(jìn)行，產(chǎn)生一定量的CO。由于溫度的降低，液體粘度的增加，以及CO生成的吸熱反應(yīng)，生成的CO無(wú)法逃逸，而是被困在樹(shù)枝和顆粒之間。

由于CO氣泡比氫氣氣泡飄出的速度慢，所以大多形成在焊縫中，呈條狀，內(nèi)壁有氧化色。例如，高碳工具鋼SK5的電子束焊接焊縫中的一氧化碳孔隙形態(tài)。

需要指出的是，各種氣泡中的氣體并不是單一的，而是幾種氣體同時(shí)存在?？梢哉J(rèn)為，在一定條件下，其中一種氣體對(duì)氣孔的形成起主導(dǎo)作用，在多種氣體的共同作用下，氣泡可以迅速發(fā)育和生長(zhǎng)。