焊接氣孔：成因、影響及預防

焊接氣孔率

焊接氣孔是一種常見缺陷，會對焊接品質、結構完整性和工業應用中的性能產生不利影響。 

了解焊接中的孔隙率及其成因、影響和預防策略。了解關鍵參數和行業最佳實踐可以讓您生產高品質的焊接，同時最大限度地減少缺陷。

焊接中的孔隙率是什麼？

孔隙率是一個術語，用於描述焊縫冷卻時滯留在焊縫中的微小空隙（氣穴）。這些小氣泡會破壞機械結構，從而削弱焊縫，導致因應力而失效並導致開裂。

孔隙度的類型

孔隙度有多種表現形式，每種類型都有其獨特的特徵：

表面孔隙率

焊接表面有可見的氣穴；表面孔隙度最常見的原因是缺乏保護氣體覆蓋。

地下孔隙度

透過使用 X 光或超音波檢查的無損檢測 (NDT) 發現了內部空隙。

蟲洞孔隙度

焊縫形成時，氣體快速滯留而形成的長管狀孔隙。

均勻孔隙率

均勻分佈的小孔通常與材料污染或焊接參數不正確有關。

了解這些類型有助於焊工有效地識別和解決孔隙率。

焊接氣孔的原因

當氣體被困在熔融的焊接池內並且在焊縫凝固之前無法逸出時，焊接中就會產生孔隙。造成這種缺陷的原因有很多，從材料特性到不正確的焊接技術。

材料污染

由於基底金屬或填充材料受到污染，孔隙率是一個嚴重的問題。常見的污染物包括：

一條線上有多個焊接氣孔

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材料表面吸收的水分經由焊接釋放出來，形成孔隙。

油和油脂

機械加工或處理過程中產生的殘留物會蒸發並形成小袋。

鐵鏽或氧化皮

鋼材表面的氧化層無法被帶到焊接熔池。

焊接管道時，特別是在石油和天然氣工業等潮濕環境中，在焊接前使用溶劑或鋼絲刷進行焊接前清潔，去除水分和氧化物至關重要。

保護氣體覆蓋不當

焊接熔池以保護氣體（如氬氣或二氧化碳）與大氣隔離。以下是一些天然氣覆蓋問題的範例：

• 低氣體流量：保護不足會導致氮氣或氧氣進入焊接熔池。
• 氣體流量過大：導致吸入大氣的湍流。
• 瓦斯管線洩漏：設備故障會減少輸送至焊接區域的氣體。

為了獲得良好的覆蓋效果，您可以使用每小時 15-25 立方英尺 (CFH) 的氣體流速進行 MIG 焊接。根據焊接位置和環境條件進行調整。

焊接參數不正確

焊接單元

電壓、電流和行進速度等焊接參數直接影響焊縫的孔隙率。

高電壓：高電壓會增加電弧長度，導致電弧不穩定，從而引起焊接熔池不適當和氣孔率。

低電流：熱量不足會在焊接處留下氣體痕跡。

快速行駛速度：焊接速度可防止氣體逸出熔池。

可程式邏輯控制器 (PLC) 可以精確控制汽車製造中使用的自動焊接系統中的參數，從而最大限度地減少大批量生產中的孔隙率。

環境因素

外部因素（無論是風還是氣流）會分散保護氣體覆蓋範圍，尤其是對於戶外焊接。高濕度也會引入水分，增加氫致孔隙度的可能性。

孔隙率對焊接品質的影響

孔隙度會削弱焊接的機械性能和完整性，這在工業應用中尤其重要。

強度和延展性降低

氣穴是應力集中器，會降低焊接的抗拉強度和延展性。即使是少量的孔隙率也可能導致壓力容器和承重部件等高風險應用中的災難性故障。

腐蝕敏感性

表面孔隙率使焊接處易受環境因素影響，在極端海洋或化學加工環境中造成腐蝕。

不符合標準

工業焊接規範是 AWS D1.1（結構鋼）或 ASME 第 IX 節（壓力容器）。如果孔隙率超過這些限制，則在使用這些要求的應用中焊接可能會失敗。

如何防止焊接過程中出現氣孔

透過使用正確的材料和焊接參數並結合適當的品質控制，可以防止出現孔隙率。以下是減少孔隙率的具體措施：

焊前準備

清潔基材： 

除油、用鋼絲刷刷掉或磨掉油污、使用痕跡和水分。丙酮用於去除不銹鋼表面的嚴重污染物。

乾填充材料： 

將焊條和填充焊絲存放在濕度受控的環境中，以便進行 SMAW 焊接，使用低氫焊條前應預熱（250–300°C）。

檢查設備： 

您的設備是否持續輸送保護氣體（檢查氣體管線、調節器和焊炬是否有洩漏）？

優化焊接參數

請記住，根據材料和工藝調整焊接設定（電弧焊焊接（例如，氬弧焊或米格焊）至關重要：

• MIG焊接：對於碳鋼，使用 18–24V 的電壓範圍和每分鐘 200-400 英吋的送絲速度
• 氬弧焊：對於 100/200 英吋厚的不銹鋼，將電流強度設定為約 1–8A，這樣就會產生穩定的電弧並使其持續。
• 旅行速度：每分鐘 10-15 英吋（讓氣體逸出）

焊接清潔管道

焊接保護氣體的選擇

根據材料選擇合適的保護氣體，並 焊接工藝:

氬氣： 非常適合不銹鋼和鋁的 TIG 焊接。

氬氣-二氧化碳混合氣 (2/75)：適用於碳鋼 MIG 焊接。

氦：它增加了在緻密材料中的滲透，並需要更高的流速。

質量控制措施

• 無損檢測 (NDT)：利用 X 光、超音波或滲透染料法來找出地下孔隙度。
• 焊工培訓：操作員應接受缺陷預防方法的認證和訓練。
• 過程監控：使用感測器監測壓力容器等敏感焊接的即時氣體流量、穩定電弧和焊接池行為。

結語

孔隙度是焊接過程中可預防的缺陷。透過清潔、優化氣流和部署無損檢測等最佳實踐，焊工可以生產出無缺陷的高品質焊接。

在可靠性是不可協商因素的行業中，掌握和減輕孔隙率是必要的，以確保符合標準並優化結構特性。隨時了解新興技術和培訓，以維持焊接品質的競爭優勢。

在下面的評論中分享您在焊接過程中遇到孔隙度方面的經驗或提出問題。

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常見問題

• 如何防止焊接過程中出現氣孔？

清潔基底金屬，使用適當的保護氣體，並維護鑽孔機。儲存焊條以防止潮濕也至關重要。 

• 如何防止孔隙率？

清潔母材並使用正確的適當保護氣體適當保護焊接池至關重要。 

• 什麼原因造成 7018 出現孔隙率？

7018 中的孔隙度是由於電弧長度延長和電極塗層中的水分在儲存不當的情況下被吸收到電極中造成的。

• 焊接中可接受的孔隙率是多少？

AWS D1.1 允許單一孔隙直徑最大為 3/8 英吋；您可以根據需要使用其他標準來檢查允許的孔隙率。