碳钢板埋弧焊表面气孔问题的分析及对策

姜明全 王树伟 张南南

摘 要：针对埋弧焊焊接起重机主梁腹板与盖板角接焊缝时产生气孔影响产品质量和工期的问题，从冶金、工艺因素分析与试验，结果表面，待焊区域表面铁锈、水分以及油污对焊缝表面气孔问题影响较大，其次是焊接参数和保护氛围的影响，根据试验结果调整焊接工艺后，焊缝内部及表面均没有发现气孔，焊接质量稳定。

关键词：埋弧焊 表面气孔

1.前言

埋弧焊是目前广泛使用的一种机械化焊接方法，与手工电弧焊相比，具有以下优点：（1）生产效率高。焊丝导电长度短，可以采用大电流和电流密度，使电弧的熔深能力和焊丝熔敷效率大大提高。（2）焊缝质量高。熔渣能有效隔绝外界空气，保护效果好，飞溅少，焊接过程平稳。（3）劳动条件好。埋弧焊为自动焊方法，减轻了手工操作的劳动强度，且没有弧光辐射。

我公司在生产起重机主梁的过程中，也大量使用了埋弧焊，但在操作和工艺不当的情况下，焊缝表面容易出现气孔。气孔不仅会削弱焊缝的有效工作界面，带来应力集中，而且也会显著降低焊缝的强度和塑性。焊缝有气孔时，通常要用碳弧气刨清根后进行补焊，这样即影响工作进度，又增加了材料和工时的消耗。因此，研究埋弧焊焊缝表面气孔问题是很有必要的。

2.气孔成因分析

起重机主梁腹板厚度8mm，盖板厚度14mm，材质Q235B，焊丝H10Mn2，直径φ4mm，焊剂HJ404（牌号SJ101）。焊接时，采用单边V型坡口，先用CO2气体保护焊封底再用埋弧焊焊接，电流540A，电压25.5V，速度48cm/min。主梁平躺在垫架上，焊丝与水平面成45°角（如图2-1所示）。

通过对施焊过程跟踪和焊接参数的分析，可能出现气孔的原因主要有冶金因素和

工艺因素。

2.1铁锈、水分、油污的影响

在焊接生产中，因准备工作处理不当，将铁锈、水分、油污等带入熔池，促使在焊缝中产生气孔。

铁锈主要成分为mFe2O3·nH2O，焊接时会析出大量的氧，增加氧化作用，促使生成CO2气孔。

实际生产中，焊剂存放在焊机上方的漏斗中，反复使用，时间长了焊剂会从空气中重新吸收水分，增加焊缝出现氢气孔概率。

另外，焊件表面存在油污，一般为碳氢化合物，同样会促使焊缝形成氢气孔（如图2-2所示是未经打磨过的焊缝）。

2.2焊接参数的影响

焊接热输入量小，熔池存在时间短，气体来不及逸出，气孔产生概率大。反之有利于气体逸出，气孔产生概率小。但实际生产中，加大电流会增加焊缝表面积，熔池气体含量上升；同时随着电流的增大，熔深和焊缝余高显著增加，而焊縫宽度变化不大，气体上浮困难，增加气孔产生的几率。

因此，要想提高焊接效率，应在增加焊接电流的同时，适当增加焊接电压，以保证得到合适的焊缝形状和质量（如图2-3所示是焊接速度较大时的焊缝）。

2.3保护气氛的影响

焊接区内的气体主要来源于焊剂中的造气剂、高价氧化物和水分、周围空气等。

造气剂主要目的是隔绝焊缝与空气。焊剂的颗粒大，透气性好，焊缝金属中含氮量较多，形成气孔的几率也较大，但焊剂的颗粒太小，熔渣的透气性降低，气体外逸阻力增大，促使焊缝表面容易产生气孔（如图2-4所示是焊剂颗粒较小时的焊缝）。另外，焊剂中水分较多时也会增加气孔产生概率。

3.试验分析

3.1铁锈、水分、油污对焊缝影响的试验

采用打磨过的试件和未经打磨的试件进行试验。试件厚度14mm和8mm，用CO2气体保护焊打底，焊接参数：焊丝直径4mm，电压26V，电流510A，速度40cm/min。经过多次试验，试验结果见表3-1所示。

试验表明：铁锈、水分、油污等对焊缝气孔的影响很大，焊接前应做好焊缝周围杂物的清除工作。

3.2焊接参数对焊缝影响的试验

采用不同焊接参数进行试验，具体数据如表3-2所示，经多次试验，试验结果见表3-3所示。

试验表明：焊接参数对焊缝表面气孔有一定影响，焊接速度不宜过快，电流和电压应适当提高，有利于焊缝中气体逸出，减少气孔的形成率。

3.3保护气氛对焊缝影响的试验

采用不同颗粒大小的焊剂进行试验，试验结果见表3-4所示。

表中A、B均为牌号SJ101焊剂，其中A经过多次使用，含有少量杂质和水分，颗粒较小；B为颗粒较大的新烘干焊剂。

试验表明：保护气氛对焊缝表面气孔的影响较小，但焊剂多次使用后应进行处理。

4.结论

通过多次试验总结经验，对焊接工艺进行了调整。（1）焊接前对待焊区域20mm范围内进行仔细打磨，直至露出金属光泽。（2）适当增加焊接电流和电压，减小焊接速度。（3）严格控制焊剂使用次数，当天未用完的焊剂必须重新烘干处理。

按新工艺要求执行后，焊缝经磁粉检验和超声波检验，均未发现气孔，焊接质量稳定，焊缝返修率大大降低，保证了产品质量和工期，取得了良好效果。

参考文献

[1] 侯英玮.材料成型工艺[M].北京：中国铁道出版社，2002.

[2] 周振丰，等.焊接冶金与金属焊接性[M].北京：机械工业出版社，1988.

（作者单位：大连华锐重工集团股份有限公司）