手工電弧焊焊縫近表面氫氣孔形成分析

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1、手工電弧焊焊縫近表面氫氣孔形成分析　　摘要：低碳鋼焊縫近表面氣孔的存在，直接影響焊接結(jié)構(gòu)的安全使用，本文對其進行機理分析，提出有效的防止措施和無損檢測，探討有利于減少和避免焊縫近表面氫氣孔的形成，提高焊縫質(zhì)量的措施?！　￡P(guān)鍵詞：手工電弧焊焊縫近表面氫氣孔無損檢測防止措施　　焊縫近表面氣孔的存在，直接影響焊接結(jié)構(gòu)的安全，筆者以手工電弧焊為例，著重分析熔池金屬在逐漸冷卻結(jié)晶、凝固過程中易形成的焊縫近表面氫氣孔缺陷的機理，并提出有效的防止措施和無損檢測的應(yīng)用?！　∫?、概念　　1.焊縫　　焊縫是指兩個連接件之間的熔敷金屬。　　2.近表面　　接近材料表

2、面，并與材料表面平行的一層均勻厚度的材料。（全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會審定公布）　　3.氣孔　　在焊接過程中，焊縫金屬中的氣體在金屬冷卻以前未能逸出，而殘留下來形成的空穴?！　《?、焊縫近表面氣孔形成機理分析　　1.氣孔形成條件　　焊縫是否形成氣孔決定于氣泡浮出外逸速度（Ve=K（ρl-ρc）gr2/4η）與焊縫凝固速度（R）的對比關(guān)系。凝固速度R對氣孔的產(chǎn)生有很大影響，在其他條件一定的情況下，凝固速度R越快，越不利于氣泡浮出，越易產(chǎn)生氣孔?！　?.氣孔的形成　　氣孔的形成大致經(jīng)歷形核、長大和上浮三個階段?！　馀蓍L大的條件是氣泡內(nèi)部壓力大于其

3、外部壓力。外部壓力包括大氣壓力、液態(tài)金屬和熔渣的壓力以及表面張力引起的附加壓力。在常溫固態(tài)金屬中，氣體的溶解度只有高溫液態(tài)金屬中氣體溶解度的幾十分之一至幾百分之一。熔池金屬在凝固過程中，黏度η急劇增大，氣體浮出困難；氣泡密度ρc遠小于液體金屬密度ρl，尤其是氣泡浮至焊縫近表面處難以逸出，形成焊縫近表面氣孔。　　3.氫氣孔的產(chǎn)生機理　　對于手工電弧焊來說，氫主要來自焊條、焊劑中的有機物、結(jié)晶水或吸附水，以及母材、焊絲表面的油污和空氣中的水蒸氣等。氫溶入金屬中的方式：在熔渣保護的條件下，熔渣本身具有一定溶解氫的能力，溶解在渣中的氫大都以O(shè)H?的形

4、式存在，OH?與Fe+通過交換電子產(chǎn)生氫原子進入液體金屬。在氣體保護焊時，氣體中的氫與金屬接觸后直接以原子或質(zhì)子形式溶入。氫溶入的多少與溫度和金屬的狀態(tài)有關(guān)。氫的溶解度與溫度的關(guān)系是，在固態(tài)鐵中溶解度小于0.6mL/100g，1350℃為10.1mL/100g，在固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時，氫的溶解度驟然上升，2400℃時最大為43mL/100g?！　湓诓煌Ц耦愋偷慕饘僦腥芙舛纫膊幌嗤?，氫在面心立方晶格的金屬中的溶解度大于體心立方晶格。液態(tài)鐵轉(zhuǎn)變?yōu)棣?-Fe時，溶解度突然下降，從32mL/100g降至10mL/100g。如果熔池中已吸收了較多的氫，

5、同時冷卻速度又比較快，在凝固過程中必然伴隨著氫由固相向液相擴散，而使液相中的氫達到過飽和狀態(tài)，從而為氫氣孔的產(chǎn)生創(chuàng)造了必要條件。在熔池的結(jié)晶過程中，當(dāng)固液兩相并存時，由于固液兩相溶解度的差異，氫在結(jié)晶前沿會發(fā)生聚集，特別是在相鄰樹枝晶之間的凹谷部位，隨液相的減小熔池底部的濃度不斷增加，當(dāng)濃度達到不能維持過飽和狀態(tài)時，氣泡就會產(chǎn)生。　　由此可知，氫氣孔是在結(jié)晶過程中形成的，其在樹枝晶之間的凹谷部位成核，在該部位長大、上浮都會受到樹枝晶的阻礙和黏度的阻力，形成喇叭口形的氣孔，呈現(xiàn)在焊縫的近表面?！　?.防止措施　?。?）盡可能減小低碳鋼吸收氣體的

6、數(shù)量和降低熔池金屬中的氣體過飽和度，以使氣孔難以形成?！　。?）不論是酸性焊條，還是堿性焊條，均推薦采用直流反接法進行焊接。直流反接時，工件接負極，熔池表面的電子過剩，不利于產(chǎn)生氫質(zhì)子的反應(yīng)，阻礙了氫向熔池金屬中溶解，因而氣孔傾向最小。當(dāng)直流正接時，工件接正極，在溶池表面容易發(fā)生氫形成質(zhì)子的反應(yīng)，這時一部分氫質(zhì)子溶入熔池，另一部分在電場作用下移向負極，所以其氣孔形成傾向比直流反接時要大。當(dāng)用交流焊接時，在電流通過零點瞬間無電場作用，氫質(zhì)子可以順利地溶入熔池，故其氣孔的傾向增加?！　∪?、焊縫近表面氣孔的無損檢測　　我國常規(guī)無損檢測方法適用于焊縫

7、近表面氣孔的檢測如下。4　　一是磁粉檢測（MT），它是利用鐵磁性材料或工件在磁化后，如果在表面和近表面存在材料的不連續(xù)性（材料的均質(zhì)狀態(tài)或致密性受到破壞），則在不連續(xù)性處磁場方向?qū)l(fā)生改變，在磁力線離開和進入工件表面的地方產(chǎn)生磁極形成漏場，用磁粉作為漏磁場的檢測介質(zhì)，利用磁化后工件缺陷處漏磁場吸引磁粉形成的磁痕顯示，從而確定缺陷存在的一種檢測方法?！　《菧u流檢測（ET）基于電磁感應(yīng)的原理，可以用于揭示導(dǎo)電材料表面和近表面缺陷，但對未延伸到表面或僅延伸到近表面層的缺陷相當(dāng)不敏感。　?。ㄗ髡邌挝唬簭埣腋凼泄べQ(mào)職業(yè)高級中學(xué)）4