1.2　氣焊焊接的熱影響

1.2.1　鋼中常見的組織

（1）鋼中常見的組織特性

①鐵素體（F）。鐵素體是少數(shù)的碳和其他合金元素固溶于α-Fe中的固溶體。鐵素體溶解碳的能力很差，并隨著溫度降低而減少。鐵素體中的含碳量低，其性能與純鐵相似。鐵素體的強(qiáng)度和硬度低，但塑性和韌性很好，所以鐵素體含量多的鋼（如低碳鋼）就表現(xiàn)出軟而韌的性能。

②滲碳體（Fe3C）。滲碳體是鐵與碳的化合物，其含碳量（碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為6.69%。其性能與鐵素體相反，硬而脆，隨著鋼中含碳量的增加，鋼中滲碳體的量也增多，鋼的硬度、強(qiáng)度也增加，而塑性、韌性則下降。

③珠光體（P）。珠光體是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，含碳量為0.77%，只有溫度低于727℃時才存在。珠光體的性能介于鐵素體和滲碳體之間。

④奧氏體（A）。奧氏體是碳和其他合金元素在γ-Fe中的固溶體。在一般鋼材中，只有高溫時存在；當(dāng)含有一定量擴(kuò)大γ區(qū)的合金元素時，則可能在常溫下存在，如鉻鎳奧氏體不銹鋼在常溫時的組織為奧氏體。奧氏體為面心立方晶格，奧氏體的強(qiáng)度和硬度不高，塑性和韌性很好。奧氏體的另一特點(diǎn)是無磁性。

⑤馬氏體（M）。馬氏體是碳在α-Fe中的過飽和固溶體。馬氏體具有很高的硬度和強(qiáng)度，但很脆，延展性很差，并且馬氏體中過飽和的碳越多，硬度越高。馬氏體的體積比相同質(zhì)量的奧氏體的體積大，因此奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時體積要膨脹；局部體積膨脹后的內(nèi)應(yīng)力往往導(dǎo)致零件變形、開裂。

⑥魏氏組織。魏氏組織是一種晶粒粗大的過熱組織。碳鋼過熱且晶粒長大后，高溫下晶粒粗大的奧氏體以一定速度冷卻，很容易形成魏氏組織。粗大的魏氏組織使鋼材的塑性和韌性下降，使鋼變脆。

（2）焊縫中組織的形成

低碳鋼焊縫一次結(jié)晶的晶粒都是奧氏體晶粒，冷卻到低于相變溫度時，奧氏體分解為鐵素體和珠光體，因而二次結(jié)晶后的組織大部分是鐵素體和少量的珠光體。

合金元素含量較少的低合金鋼，其焊縫組織與低碳鋼焊縫類似，當(dāng)冷卻速度加大時會產(chǎn)生粒狀貝氏體。合金元素含量較多、淬透性較好的低合金高強(qiáng)度鋼，其焊縫組織在二次結(jié)晶后為貝氏體或低碳馬氏體組織，高溫回火后為回火索氏體組織。

鉬和鉻鉬耐熱鋼焊縫的組織，合金元素含量較少（鉻＜5%）的耐熱鋼，在焊前進(jìn)行預(yù)熱、焊后緩冷的條件下，可得到珠光體和部分淬硬組織；高溫回火后可得到完全的珠光體組織。對于含鉻量為5%～9%的耐熱鋼，當(dāng)采用與母材成分相近的焊絲和在焊前預(yù)熱、焊后緩冷的條件下，可得到貝氏體組織，也可能出現(xiàn)馬氏體組織；高溫回火后可得到回火索氏體組織。

不銹鋼焊縫組織、奧氏體不銹鋼焊縫組織一般為奧氏體加少量鐵素體（2%～6%）。焊接鐵素體不銹鋼采用的焊絲成分與母材相近時，其焊縫組織為鐵素體；當(dāng)采用鉻鎳奧氏體不銹鋼焊絲時，焊縫組織為奧氏體。馬氏體不銹鋼的焊縫，當(dāng)焊絲成分與母材相近時，其焊縫組織及回火后的組織分別為馬氏體和回火馬氏體；當(dāng)采用鉻鎳奧氏體不銹鋼焊絲時焊縫組織為奧氏體。

1.2.2　氣焊的熱影響區(qū)的組織和性能

（1）焊接接頭

焊接接頭是用焊接方法連接的接頭。氣焊焊接接頭由焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)組成，詳見圖1-2。

氣焊火焰離開熔池后，熔池中的液體金屬逐漸冷卻凝固形成焊縫。而在焊接的過程中，材料因受到了熱影響、未熔化而發(fā)生了相變和力學(xué)性能變化的區(qū)域稱為熱影響區(qū)。熔合區(qū)是指在焊接接頭中，焊縫向熱影響區(qū)過渡的區(qū)域。

在焊接熱源的作用下，焊件上某點(diǎn)的溫度隨時間的變化過程稱為焊接熱循環(huán)。由于焊接接頭的各點(diǎn)都經(jīng)受了一次不同程度的熱循環(huán)作用，在焊接熱影響區(qū)內(nèi)，離焊縫越近的點(diǎn)，被加熱的溫度就越高，離焊縫越遠(yuǎn)的點(diǎn)，被加熱的溫度就越低，使焊接接頭的組織發(fā)生變化，焊件產(chǎn)生應(yīng)力和變形。所以焊接熱影響區(qū)的組織和性能均有很大差別。

（2）不易淬火鋼熱影響區(qū)的組織和性能

不易淬火鋼指低碳鋼和普通低合金鋼，其焊接熱影響區(qū)可為過熱區(qū)、正火區(qū)、不完全重結(jié)晶區(qū)等，詳見圖1-3。

①過熱區(qū)。過熱區(qū)在焊接加熱時，加熱溫度范圍在晶粒開始急劇長大的溫度Tks和固相線Tm之間，低碳鋼為1100～1490℃。該區(qū)母材中的鐵素體和珠光體在加熱時全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，由于溫度超過晶粒開始急劇長大的溫度Tks，故奧氏體晶粒開始急劇長大，溫度越高晶粒長大越嚴(yán)重，高溫停留的時間越長，晶粒越粗大。冷卻后該區(qū)域的組織與合金成分有關(guān)。

②正火區(qū)。正火區(qū)又稱細(xì)晶區(qū)或相變重結(jié)晶區(qū)。該區(qū)在焊接加熱時，加熱溫度范圍對低碳鋼為900～1100℃。該區(qū)母材中的鐵素體和珠光體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。由于溫度低于晶粒開始急劇長大的溫度，故晶粒未十分長大，冷卻后得到均勻而細(xì)小的鐵素體加珠光體組織，相當(dāng)于熱處理中的正火組織，所以通常稱為正火區(qū)。由于該區(qū)晶粒細(xì)小均勻，故既有較高的強(qiáng)度，又具有較好的塑性和韌性。該區(qū)是焊接接頭中綜合力學(xué)性能最好的區(qū)。

③不完全重結(jié)晶區(qū)。不完全重結(jié)晶區(qū)，又稱部分相變區(qū)。該區(qū)所處的加熱溫度，對于低碳鋼為727～927℃。該區(qū)母材中的鐵素體和珠光體只有部分轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，而未轉(zhuǎn)變的鐵素體晶粒則隨溫度的升高不斷長大。冷卻時，奧氏體晶粒又發(fā)生重結(jié)晶過程，所得的細(xì)小的鐵素體和珠光體晶粒與未轉(zhuǎn)變的粗大的鐵素體晶粒混雜在一起。因此，該區(qū)組織的晶粒大小極不均勻，并保留原始組織中的帶狀特性，使得金屬的力學(xué)性能惡化，強(qiáng)度有所下降。

綜上所述，對低碳鋼焊接接頭來說，在整個熱影響區(qū)中，除正火區(qū)外，特別是過熱區(qū)對焊接接頭有不良的影響。低碳鋼氣焊時熱影響區(qū)寬度通常為27mm，其中過熱區(qū)寬度約為21mm，正火區(qū)約為4mm，不完全重結(jié)晶區(qū)為2mm。一般來說，冷卻速度越快，熱影響區(qū)越窄，焊接應(yīng)力越大，越容易產(chǎn)生裂紋；而熱影響區(qū)越寬，焊接變形就越大。因此，應(yīng)在保證焊縫不產(chǎn)生裂紋的前提下，盡量減小熱影響區(qū)的寬度。

（3）易淬火鋼熱影響區(qū)的組織和性能

易淬火鋼包括中碳鋼（40、45、50鋼等）、合金鋼等。這類鋼由于含碳量較高，或含有較多的合金元素，故容易淬火，并獲得馬氏體組織，易淬火鋼在焊前的狀態(tài)有兩種，即退火狀態(tài)和淬火狀態(tài)。新制造的焊件通常是退火狀態(tài)，而補(bǔ)焊時往往會呈現(xiàn)淬火狀態(tài)。

焊前為退火狀態(tài)的易淬火鋼的熱影響區(qū)，可劃分為淬火區(qū)和部分淬火區(qū)。焊前為淬火狀態(tài)的易淬火鋼的熱影響區(qū)，可劃分為淬火區(qū)、部分淬火區(qū)和回火區(qū)。易淬火鋼焊接熱影響區(qū)區(qū)域劃分如圖1-3所示。

①淬火區(qū)。如圖1-3所示，加熱溫度范圍在Ac3～Tm之間，相當(dāng)于不易淬火鋼的過熱區(qū)加正火區(qū)。由于母材淬硬性好，故焊后冷卻時很容易獲得淬火馬氏體組織；在緊靠焊縫相當(dāng)于過熱區(qū)的這部分組織為晶粒粗大的馬氏體；而相當(dāng)于正火區(qū)這部分組織則為晶粒細(xì)小的馬氏體。該區(qū)由于焊后出現(xiàn)淬火組織，故其硬度和強(qiáng)度增高，而塑性和韌性下降，尤其在晶粒粗大的馬氏體區(qū)，其性能下降更為顯著，容易產(chǎn)生冷裂紋。該區(qū)組織不均勻，因而性能也不均勻。

②部分淬火區(qū)。如圖1-3所示，加熱溫度范圍在Ac1～Ac3之間，相當(dāng)于不易淬火鋼的不完全重結(jié)晶區(qū)。在快速加熱的條件下，鐵素體幾乎不發(fā)生變化，而珠光體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體；在隨后快速冷卻的過程中，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，原鐵素體保持不變，并有不同程度的晶粒長大情況，最后形成了馬氏體加鐵素體的組織，故稱作部分淬火區(qū)。如果含碳量和含合金元素量不高或冷卻速度不大，這部分奧氏體也可能轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。不完全的淬火組織，使該區(qū)的性能不均勻，塑性、韌性下降。

淬火區(qū)和部分淬火區(qū)的組織與焊前金屬的原始狀態(tài)無關(guān)。

③回火區(qū)。如圖l-3所示，加熱溫度范圍低于Ac1，如果母材金屬在焊前為退火狀態(tài)，則在Ac1溫度以下區(qū)域，一般不發(fā)生組織變化，焊后保持其原始狀態(tài)。即焊接易淬火鋼，焊前金屬的原始狀態(tài)為退火狀態(tài)時，不出現(xiàn)回火區(qū)。母材金屬在焊前為淬火狀態(tài)或淬火加低溫回火狀態(tài)，則焊接時，加熱溫度低于Ac1的熱影響區(qū)，在不同溫度和停留時間下，將獲得不同的回火組織。若焊前為調(diào)質(zhì)狀態(tài)（淬火加高溫回火狀態(tài)），焊后的組織和性能取決于焊前的回火溫度，如焊前經(jīng)淬火加500℃回火，在焊接時加熱溫度低于500℃的區(qū)域，焊后組織和性能不發(fā)生變化，而高于500℃低于Ac1的區(qū)域組織和性能將發(fā)生變化，變化情況與淬火狀態(tài)的母材類似。

回火區(qū)的性能一般較好，既有較好的強(qiáng)度又有較好的韌性。但對于某些鉻鋼也有可能出現(xiàn)回火脆性，使焊接接頭性能變差。

（4）不銹鋼熱影響區(qū)的組織和性能

奧氏體不銹鋼焊接熱影響區(qū)可劃分為過熱區(qū)、σ相脆化區(qū)和敏化區(qū)三個區(qū)。鐵素體不銹鋼的熱影響區(qū)可分為過熱區(qū)、σ相脆化區(qū)、475℃脆性區(qū)。但是并不是在所有焊接條件下，奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼都會出現(xiàn)σ相脆化區(qū)、敏化區(qū)或475℃脆性區(qū)，這些區(qū)域只是在一定焊接熱循環(huán)條件下才會出現(xiàn)。只要焊接時控制得當(dāng)，是可以避免形成這些區(qū)域的。圖1-4為不銹鋼熱影響區(qū)的劃分示意圖。

①過熱區(qū)。如圖1-4所示，加熱溫度在Tks～Tm之間。由于加熱和冷卻時，奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼都不發(fā)生相變，故該區(qū)母材中仍為奧氏體或鐵素體。由于該區(qū)溫度超過Tks，故奧氏體或鐵素體晶粒急劇長大，溫度越高，停留時間越長，晶粒越粗大，冷卻后為晶粒粗大的鐵素體，使該區(qū)的塑形韌性下降。

②σ相脆化區(qū)。如圖1-4所示，加熱溫度在650～850℃之間。如在該溫度下停留時間過長，鐵素體不銹鋼就會析出一種脆性σ相，而某些奧氏體不銹鋼在一定的條件下也有可能析出σ相。由于σ相的析出，割斷了晶間的聯(lián)系，σ相又很硬很脆，這樣就使該區(qū)的塑形和韌性嚴(yán)重降低，抗晶間腐蝕的能力也有所下降。

③敏化區(qū)。如圖1-4所示，加熱溫度在450～850℃之間。在該溫度下停留一定時間，如在700～750℃只需停留十幾秒到幾分鐘后，奧氏體不銹鋼中的碳和鉻在晶界處形成碳化鉻（Cr2C3）而使晶粒的邊界處的奧氏體局部貧鉻，將使奧氏體不銹鋼喪失抗晶間腐蝕的能力。

④475℃脆性區(qū)。如圖1-4所示。加熱溫度在400～600℃之間。在該溫度下停留一定時間，鐵素體不銹鋼的硬度顯著增高，沖擊韌性嚴(yán)重下降，這種現(xiàn)象通常稱為475℃脆性。某些奧氏體不銹鋼在一定條件下也會產(chǎn)生475℃脆性。

（5）有色金屬及其合金熱影響區(qū)的組織和性能

有色金屬，銅及銅合金、鋁及鋁合金的焊接熱影響區(qū)組織在焊接加熱和冷卻作用下無明顯變化，但其性能是有變化的。有色金屬及其合金熱影響區(qū)分為兩個區(qū)，分別是晶粒長大區(qū)和再結(jié)晶區(qū)。

①晶粒長大區(qū)。當(dāng)溫度范圍在Tks～Tm之間時，有晶粒長大現(xiàn)象，溫度越接近于Tm停留時間越長，則晶粒長大越嚴(yán)重，該區(qū)的塑形、韌性就越差。

②再結(jié)晶區(qū)。有些塑性好的有色金屬，因?yàn)槌Ｔ诶鋮s（冷拔、冷壓）狀態(tài)下使用，當(dāng)焊接加熱到超過它們的再結(jié)晶溫度（如紫銅在300℃以上）時就會發(fā)生再結(jié)晶，再結(jié)晶區(qū)的強(qiáng)度、硬度降低，而塑形增加，使焊接接頭和母材的強(qiáng)度嚴(yán)重不等，這種現(xiàn)象稱為熱影響區(qū)軟化。

對于熱處理可以強(qiáng)化的有色金屬及其合金，如硬鋁2A03（LY3）、2A11（LY11）、2A12（LY12）等，鍛鋁6A02（LD2）等、超硬鋁7A04（LC4）等，其焊接性差，基本上不能氣焊。

1.2.3　氧氣及氮?dú)鈱夂纲|(zhì)量的影響

氣焊過程中焊接區(qū)內(nèi)的大量氣體是由一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、水蒸氣（H2O）、氧氣（O2）、氮?dú)猓∟2）以及由它們分解的產(chǎn)物和金屬熔渣的蒸氣等組成的混合氣體。其中對焊接質(zhì)量影響最大的是氧氣（O2）、氫氣（H2）和氮?dú)猓∟2）。

（1）氧的影響

①氧的來源　氣焊過程中不可避免地有氧氣侵入，如氣體火焰中自由狀態(tài)的氧常常進(jìn)入內(nèi)焰而侵入熔池；外焰中的二氧化碳和水蒸氣中的氧，也常和熔池內(nèi)液體金屬及其附近的熱態(tài)金屬化合；當(dāng)氣焊火焰因風(fēng)吹歪斜偏離熔池、焊炬過早離開熔池，都使氣體火焰不能很好地保護(hù)熔池而造成空氣中的氧侵入焊接區(qū)：再者，焊絲、熔劑和母材中溶解的氧或氧化物，金屬表面的油脂、鐵銹、油漆等污物及熔劑內(nèi)部的結(jié)晶水等均構(gòu)成了氧的來源。

②氧對焊接和焊接質(zhì)量的影響

a.使焊縫金屬及合金元素被燒損，造成焊縫的力學(xué)性能下降。

鐵的氧化物以不規(guī)則的點(diǎn)狀凝集物或在晶界處以不完整的褐色細(xì)網(wǎng)形式存在，在碳鋼和合金鋼中除了基體鐵被氧化，其他元素例如碳（C）、硅（Si）、錳（Mn）、鈦（Ti）和鉻（Cr）等也會被氧化。氧化的結(jié)果使熔池中有益的元素?zé)龘p，使焊縫金屬的強(qiáng)度、硬度和塑性等性能明顯下降。

焊接有色金屬時的氧化反應(yīng)，如焊接紫銅時，當(dāng)溫度接近銅的熔點(diǎn)（1083℃）時，銅很容易被氧化生成氧化亞銅（Cu2O），在焊縫結(jié)晶時，氧化亞銅又會和銅形成低熔點(diǎn)共晶（Cu2O·Cu）分布在銅的晶界上，使焊縫容易產(chǎn)生熱裂紋，降低其接頭性能。焊接黃銅時，黃銅所含的鋅（Zn）很容易在焊接火焰溫度下氣化、蒸發(fā)和氧化，從而改變黃銅的化學(xué)成分，腐蝕性能降低。

b.飛濺嚴(yán)重，易形成氣孔和夾渣。焊接碳鋼和合金鋼時，碳（C）燒損所產(chǎn)生的一氧化碳?xì)怏w，導(dǎo)致焊接時飛濺的增加，而且當(dāng)焊縫金屬的冷凝速度大于氣體逸出的速度時，就會形成氣孔。氧化后產(chǎn)生的合金元素的氧化物（如SiO2、MnO等）均不溶于鋼中，一般都將浮到熔池表面或進(jìn)入熔渣中，但有時來不及浮出，就會在焊縫中形成夾渣。

焊接有色金屬及其合金時，如焊接錫青銅和鋁青銅，合金元素錫（Sn）和鋁（Al）很容易被氧化。生成的二氧化錫（SnO2）硬且脆，在焊縫中以夾雜物的形式存在。而生成的三氧化二鋁（Al2O3）為高熔點(diǎn)氧化物，阻礙焊縫的熔合，同時使熔渣黏度增加，使熔池中的氣體來不及逸出而產(chǎn)生氣孔。

c.造成焊接困難。焊接某些合金時，在熔池表面生成的難熔氧化物（如Al2O3、Cr2O3等）將阻礙焊接冶金反應(yīng)的正常進(jìn)行和熔渣的浮出，造成焊接困難。如焊接鋁及其合金時，不僅鋁表面原有的氧化膜阻礙焊接，而且在焊接熔池表面還會生成新的氧化鋁膜，妨礙焊接過程的正常進(jìn)行。

此外，熔池中的氧可能使晶界嚴(yán)重氧化、晶粒粗大及形成熱裂紋，還可能使焊縫金屬的導(dǎo)電性、耐腐蝕性或其他特殊性能降低。總之，氧在焊縫金屬中的危害性是相當(dāng)大的。因此，在焊接過程中應(yīng)嚴(yán)格控制氧的來源和選用適當(dāng)?shù)娜蹌员M量避免和減少氧對焊縫金屬的影響。

③脫氧的方法　在氣焊時，可根據(jù)焊件材料的性能來選擇脫氧方法，脫氧的方法如下。

a.通過還原氣氛脫氧。在氣焊低碳鋼和低合金鋼時，由于使用的火焰中有大量的一氧化碳（CO）和氫氣起著還原作用，這樣不僅能夠保護(hù)熔池表面不被氧化，而且還能與焊縫金屬中的氧化亞鐵（FeO）發(fā)生還原反應(yīng)。因而，氣焊低碳鋼和低合金鋼，可以不用熔劑進(jìn)行焊接，就能得到滿意的接頭。但在施焊時，火焰應(yīng)當(dāng)為嚴(yán)格的中性焰或輕微的碳化焰，并有效地保護(hù)熔池及近縫區(qū)。如果火焰帶有氧化性質(zhì)，不僅使焊縫金屬中的元素氧化，而且能使熔合區(qū)和靠近熔合區(qū)的熱影響區(qū)晶界氧化。

b.由焊絲成分中的脫氧元素來脫氧。按金屬元素與氧的親和力的強(qiáng)弱，可將金屬元素排列如下：鋁（Al）、鈦（Ti）、硅（Si）、釩（V）、錳（Mn）、鉻（Cr）、鉬（Mo）、鐵（Fe）。在焊接鋼鐵時，位于鐵前面的各元素均可作為焊縫金屬的脫氧元素即脫氧劑。如在氣焊碳鋼和合金鋼時，常選用含錳（Mn）、硅（Si）的焊絲。采用硅（Si）、錳（Mn）聯(lián)合脫氧時，生成的氧化錳（MnO）與二氧化硅（SiO2）形成硅酸鹽，其熔點(diǎn)、密度都較低，易浮于熔池表面而形成熔渣。用鋁（Al）脫氧時，由于生成高熔點(diǎn)的Al2O3（熔點(diǎn)為2050℃），故氣焊時不采用，主要用在氧-乙炔火焰金屬噴涂時脫氧。鈦（Ti）不僅是很好的脫氧劑，而且還能很好地脫氮。在氣焊氧含量較高的沸騰鋼時，選用含錳（Mn）的焊絲，不但可以減少碳（C）、錳（Mn）、硅（Si）元素的燒損，提高焊接質(zhì)量，而且可以減少焊接時的飛濺。

c.通過熔劑脫氧。在焊接高合金鋼、鑄鐵、不銹鋼和有色金屬及其合余時都要加入熔劑，主要目的是為了保護(hù)熔池和脫氧。例如，氣焊銅及其合金時，常用熔劑硼砂（Na2B4O2·10H2O）和硼酸（H2BO3）去除熔池中氧化物［如氧化銅（CuO）、氧化鋅（ZnO）］，反應(yīng)的生成物都是易熔的硼酸鹽，其在焊接過程中浮在熔池表面起到保護(hù)熔池的作用。

（2）氫的影響

①氫的來源　在氣焊時，氫來源于乙炔的分解和燃燒，以及焊接材料（焊絲和熔劑）和母材表面的水分、油污、油漆等污物所含的氫。氫通常不與焊縫金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，但能溶解于鐵（Fe）、鎳（Ni）、銅（Cu）、鉻（Cr）、鉬（Mo）等金屬中。

在氣焊時由于氣焊火焰中含有的氫（H2）和一氧化碳（CO），不僅能保護(hù)熔池表面不被氧化和氮化，而且能使焊縫金屬的金屬氧化物還原。但是，在焊縫金屬中若存在十萬分之一的氫，就會對焊接頭質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的有害影響。

②氫對焊接接頭的影響　在焊接高溫的作用下，氫氣能劇烈地分解成原子態(tài)的氫（［H］），分解的原子態(tài)的氫大量地溶解在熔滴和熔池中。當(dāng)熱源移去，熔池冷卻，金屬開始相變時，氫的溶解度將急劇降低。對于碳鋼，在發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時氫的溶解度還會有突變。由于熔池的冷卻速度較快，使溶解的氫來不及逸出，殘存在固體焊縫中，因而引起焊接接頭出現(xiàn)以下缺陷。

a.在焊縫金屬內(nèi)部形成氫氣孔。氣焊低碳鋼時，氧氣孔大多分布在焊縫的表面，氣孔四周光滑，斷面呈鐵釘狀，從焊縫表面看，呈圓喇叭口形。個別情況下，在焊縫內(nèi)部也會呈光滑的球狀。焊接其他碳鋼、合金鋼和不銹鋼時在焊縫內(nèi)部出現(xiàn)的氣孔，主要也是氫氣孔。氣焊有色金屬時，氫氣孔常出現(xiàn)在焊縫內(nèi)部。

b.在熔合區(qū)和熱影響區(qū)形成冷裂紋。焊接中碳鋼、高碳鋼、低合金鋼和合金鋼等易淬火鋼時，在焊縫的冷卻過程中，當(dāng)焊縫金屬發(fā)生由奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變時，氫的溶解度突然降低，同時氫在鐵素體中的擴(kuò)散速度比較快，此時氫就會從焊縫穿過熔合區(qū)向熱影響區(qū)擴(kuò)散，而氫在奧氏體中的擴(kuò)散進(jìn)度較慢，結(jié)果在熔合區(qū)附近就形成了富氫帶。氧擴(kuò)散到熔合區(qū)、熱影響區(qū)聚集起來，由原子狀態(tài)變?yōu)榉肿訝顟B(tài)，形成較大的壓應(yīng)力，使原有的微觀缺陷不斷擴(kuò)大，最后形成冷裂紋。

由于氫引起的冷裂紋，是通過擴(kuò)散、聚集產(chǎn)生應(yīng)力直至形成裂紋，故具有延遲特性，因而稱為延遲裂紋。通常把氫引起的延遲裂紋又稱為“氫致裂紋”。一般來說，易淬火鋼鋼材的淬硬傾向越大，在焊縫的近縫區(qū)得到的淬硬組織——馬氏體的數(shù)量越多，這樣就使得硬度增高而且脆化嚴(yán)重，因而就容易在一定條件下產(chǎn)生冷裂紋。

c.產(chǎn)生白點(diǎn)，引起氫脆性。碳鋼或低合金鋼焊縫，如氫含量多，則常在其破斷面出現(xiàn)光亮圓形的局部脆性斷裂點(diǎn)，稱之為白點(diǎn)。白點(diǎn)的直徑一般為0.5～3mm，其周圍為韌性斷口，在多數(shù)情況下，白點(diǎn)的中心有裂紋、氣孔或小的夾雜物。白點(diǎn)使焊縫金屬的韌性下降。

③去氫的措施　氫引起鋼的塑性嚴(yán)重下降的現(xiàn)象稱為氫脆。焊縫含氫量越高，塑性下降就越嚴(yán)重。焊縫經(jīng)去氫處理后，由于氫的逸出，其塑性可以恢復(fù)。由于氫對焊接接頭具有嚴(yán)重的有害作用，應(yīng)在焊接前、焊接中、焊接后采取相應(yīng)的去氫措施，以使焊接接頭中的含氫量盡量減少。

a.焊接前采取的措施。焊絲和待焊處20mm范圍內(nèi)的鐵銹、油污等臟物應(yīng)清除干凈；熔劑要保持干燥，避免受潮；根據(jù)母材，選擇合適的焊絲。

b.焊接中采取的措施。盡量選擇中性焰進(jìn)行焊接；采用合適的焊接工藝參數(shù)，并在焊接過程中保持穩(wěn)定；掌握合理、正確的焊接方法；焊前預(yù)熱。

c.焊后應(yīng)進(jìn)行消氫處理。由于氣焊焊縫金屬的冷卻速度比焊條電弧焊要慢，有利于氫和其他氣體從熔池中逸出，從而獲得無氣孔焊縫和避免在熱影響區(qū)產(chǎn)生氫致裂紋。

（3）氮的影響

①氮的來源　焊接時，焊接區(qū)周圍的空氣是焊縫金屬中氮的主要來源。焊縫金屬的含氮量，隨著焊嘴離焊件距離的增加而增加，并隨氣焊火焰中氧與乙炔從混合比值的增高而增加。這是因?yàn)榛旌媳戎翟龈呤够鹧嬷械难踹^剩，使火焰紊亂，引起空氣的卷入和熔池的攪拌，故使焊縫金屬的氮含量增加。此外，焊絲、熔劑和母材中所含的氮，在氣焊時會熔入焊縫金屬中形成氮化物；焊接氣體純度不高，例如氧氣純度不高或乙炔中有空氣，在氣焊時也會使氮進(jìn)入熔池中。

②氮對焊縫金屬的影響

a.氮是提高焊縫金屬強(qiáng)度、降低其塑性和韌性的元素。

b.容易形成氣孔。氣焊時，當(dāng)焊接區(qū)保護(hù)不良，就會使空氣中的氮進(jìn)入焊縫金屬熔池中。由于氮在鐵中的溶解度隨著溫度的降低而降低，從液相向固相轉(zhuǎn)變時，溶解度急劇下降，在焊接時，由于熔池的冷卻速度很快，且迅速結(jié)晶，這樣，焊縫金屬中過飽和的氮來不及逸出熔池，結(jié)果會形成氮?dú)饪住Ｒ驗(yàn)榈蝗苡谝簯B(tài)鋁，所以在焊接鋁時不會出現(xiàn)氮?dú)饪住?/p>

c.引起焊縫時效脆化。進(jìn)入焊縫金屬熔池中的氮，其中一部分在高溫作用下，能和錳（Mn）、硅（Si）、鋁（Al）、鈦（Ti）、鐵（Fe）等元素化合成為氮化物。在以上元素的氮化物中，除鈦的氮化物不溶于熔池金屬外，其他的氮化物均能溶于熔池中。這些氮化物在熔池結(jié)晶過程中一部分分布在固溶體內(nèi)和晶界上，另一部分則以過飽和的形式存在于固溶體中，隨著時間的延長，能在晶界處形成穩(wěn)定的針狀Fe4N，使焊縫金屬的塑性和韌性大大下降，這種現(xiàn)象稱為時效脆化。

③防止方法　氮在焊縫金屬中也屬于有害元素。在氣焊時，要使火焰始終罩住熔池，不使空氣中的氮與熔池接觸；在焊前應(yīng)選用氮含量很低的母材和焊絲；使用的氧氣純度高一些；乙炔中不要含有空氣等。同時，盡量使熔池緩慢冷卻，以便在熔池凝固之前，使氮?dú)庥谐浞值臅r間逸出，不易產(chǎn)生氮?dú)饪祝瑥亩@得優(yōu)良的焊縫。