CO2氣體保護焊中産生氣孔的原因及對策

CO2氣體保護焊是指利用CO2作為保護氣體，以焊絲和焊件之間産生的電弧來熔化被焊金屬的熔化極半自動電弧焊，與手工電弧焊相比，CO2氣 體保護焊具有生産效率高、焊接變形小、操作簡單，适用于各種位置焊接等優點，是工程機械制造車間采用的主要焊接方法，但是在實際生産過程中，如果焊接工藝 選擇不當，再加上焊工操作技能水平所限，導緻在焊縫中容易出現氣孔，影響焊縫的質量，對産品質量留下安全隐患。因此，在結構件焊接過程中，如何避免焊縫中 氣孔的産生，是提升焊縫質量的重點之一。

1 氣孔的種類及危害

1.1氣孔的特點

氣孔是指焊接時，熔池中的氣體在凝固前未能完全逸出而殘留下來形成的空穴。常見的有氫氣孔、氮氣孔、一氧化碳氣孔等。車間結構件施焊後焊縫中出現的氣孔如圖1所示。

1.1.1氫氣孔

氫可以溶解于液态金屬，高溫下焊接熔池中存在大量被溶解的氫，在金屬結晶的過程中，氫氣溶解度随溫度降低而急劇減小，這些氣體來不及從熔池中逸出，就會在焊縫中形成氣孔。氫主要來自焊絲和工件表面的油污、鐵鏽以及CO2氣體中所含的水分。氫氣孔大多出現在焊縫表面，呈喇叭口形[1]，如圖2所示。

圖2 氫氣孔特征

1.1.2 氮氣孔

氮氣能溶于液态金屬，在熔池冷卻結晶過程中來不及逸出會形成氮氣孔。氮氣孔主要是因為CO2氣體氣流保護效果不好或者CO2氣體純度不高造成。氮氣孔多在焊縫表面，有時成堆出現，與蜂窩相似。

1.1.3一氧化碳氣孔

當焊縫反應中脫氧元素（Si、Mn）不足時，導緻大量的FeO不能被還原，因而進入熔池中發生反應産生CO氣孔，方程式如下，CO氣孔在焊縫内沿結晶方向分布，如條蟲狀，如圖3所示。

FeO C=Fe CO↑

圖3 氮氣和一氧化碳混合氣體特征

1.2氣孔的危害

1.2.1削弱焊縫的有效工作截面，降低焊縫接頭的抗變形、抗斷裂能力；

1.2.2焊接過程中本身存在熱量和成分分布的不均勻，導緻焊接過程中不可避免存在内應力。在外部應力尤其是動載荷作用下，不規則分布的氣孔會引發應力集中，從而降低焊縫的疲勞強度，使氣孔與焊縫裂紋連通造成穿透性破壞，增加焊縫脆性斷裂的幾率。

2 産生氣孔的原因

2.1 電流和電壓的影響

焊接電壓主要決定于送絲速度，焊接電流的大小還與電流極性、焊絲的幹伸長、焊絲直徑等因素相關。電弧電壓（主要取決于電弧長度）則與焊接電流，即合适的熔滴過渡型式有關。熔滴過渡的穩定性決定了焊接過程中的平穩和飛濺的大小。對于細絲CO2焊接，電弧電壓和焊接電流的匹配關系如圖4所示[2]。

圖4 電弧電壓與電流對應關系

2.2 焊接速度的影響

焊接速度過大時，會引起焊縫兩邊咬邊，而速度過小時會導緻燒穿等缺陷。在不影響焊縫成形的前提下，适當選取慢速将使焊接熱輸入值提高，有利于減小氣孔的産生。

2.3 氣體流量的影響

流量過大，容易産生紊流，惡化氣體保護效果；流量過小，CO2氣體未能充分保護熔池，使焊縫中産生氣孔的傾向加大，尤其是N2孔。一般說來，200A以下的薄闆，CO2氣體流量為10～15L/min；200A以上的薄闆，CO2氣體流量為15～25L/min。

2.4 外界氣流的影響

CO2氣保焊時，由于氣體保護層是柔性的，容易受外界氣流的影響而産生氣孔。因此，當焊接場地風速超過2m/s時，應設置必要的防風措施，嚴禁出現穿堂風。

2.5 焊絲幹伸長的影響

幹伸長太大，電弧不穩，難以操作，同時飛濺也較大，可能破壞保護氣而産生氣孔。但幹伸長過小時，電流增加，弧長變短，飛濺物會大量粘在噴嘴内壁，影響CO2氣體的保護效果，導緻氣孔的産生。因此，焊絲伸出長度以10～12倍焊絲直徑為宜，一般在10～20mm範圍内。

2.6 焊絲種類的影響

影響焊縫産生氣孔的因素有兩個方面，一方面是焊絲本身所含的化學成分的影響，焊絲含碳量較高，在焊接過程中會因劇烈的氧化還原作用而産生較大的 飛濺，并産生氣孔。因此，一般要求焊絲含碳量不超過0.11%；另一方面，焊絲成分應符合相關标準并含足夠的脫氧元素Si和Mn，因Si和Mn元素與O2的結合能力比Fe大，可以有效抑制CO2對Fe的氧化作用，防止CO氣孔的産生，目前國内的CO2焊絲大都采用鍍銅作為保護層，并以化學鍍為主，化學鍍層結合強度低，鍍銅層不均勻，易掉銅屑，并且鍍銅容易生鏽，所以，在使用前應檢查焊絲的表面質量，以減少産生氣孔的來源[3]。

2.7 其他影響

CO2氣體純度小于99%，飛濺物将噴嘴堵塞，母材和坡口附近打磨不幹淨，電弧過長或偏吹等。

3預防和減少氣孔産生的對策

3.1根據材料特點、闆厚及坡口型式選擇合适的焊接工藝參數，保持焊接過程的穩定性，減少氣孔的産生。

3.2選用與母材合适的焊絲、焊劑及保護氣體，焊前清理坡口及兩側20～30mm範圍内的油污、鐵鏽及氧化物等雜物，保證氣路及送絲結構暢通。

3.3根據實際情況，焊前對工件進行預熱，選用合适的焊接速度，在焊接終了和焊接中途停頓時，應慢慢撤離焊接熔池，使熔池緩慢冷卻，從而使氣體充分從熔池中逸出，減少氣孔的産生。

3.4盡量采用短弧焊接規範，填加焊絲要均勻，操作時應适當擺動，同時防止有害氣體入侵。

4結束語

綜上所述，CO2氣保焊中産生氣孔的原因是多方面的。為了減少焊接過程中氣孔的産生，除了嚴格遵照焊接工藝規程，提高操作技能水平等之外，在施焊現場還應該多注意觀察和思考，積極分析氣孔産生的原因，采取有效的工藝措施，才能獲得滿意的焊接接頭，達到控制焊接質量的目的。