氣孔是焊接過程中經常遇到的一種焊接缺陷，如果工藝過程控制不當，在奧氏體不銹鋼焊接管的焊縫中，可能出現氣孔，焊縫中的氣孔不僅會削弱焊縫的有效截面積，同時也會帶來應力集中，從而降低焊縫金屬的強度和韌性，嚴重時，氣孔還可能會引起裂紋。
奧氏體不銹鋼焊接管焊縫中的氣孔一般有兩種，一種是氫氣孔；另一種氣孔是由小孔效應引起。氫氣孔大部分出現在焊縫表面，有的氫氣孔會出現在焊縫內部，一般在焊縫的中上部，這是由于析出的H2來不及逸出而遺留在焊縫內部；小孔型氣孔是由于深熔焊時，匙孔中金屬蒸汽劇烈蒸發，小孔內部處于不穩定狀態，小孔前部的高溫液態金屬快速下降，到達熔池底部時受液體流作用力向熔池后部運動形成渦流。這個過程很容易切斷小孔，把金屬蒸汽封閉在小孔內，而脈沖激光焊冷卻速度很快，液態金屬來不及回填便在焊縫底部形成了氣孔，小孔型氣孔一般是不規則的。
實際焊接應用表明，脈沖激光焊在焊接過程中，因參數選擇不適宜易產生氣孔，使焊接接頭有效截面積減少，接頭強度降低。為了防止激光焊薄板不銹鋼焊接管氣孔的產生，本文詳細研究了氣孔產生的原因，并通過調整合適的工藝，有效的避免了氣孔的產生。
在試驗中，采用氬氣為保護氣體，固定離焦量為-1mm，根據四因素三水平的正交試驗原理，對焊縫質量的影響因素：電流，脈沖頻率，脈沖寬度，焊接速度進行搭配，見表3.8；生成如表3.9中的9組參數組合，通過統計分析，確定對焊縫質量影響最大的因素；采用LWD200-4T型光學顯微鏡和Quanta 200型掃描電鏡觀察焊縫形貌。
根據表3.9中工藝參數進行脈沖激光焊實驗，依據ISO-5817焊縫外觀評定標準，評定9組焊接參數下的焊縫形貌，其結果如表3.9所示。圖3.15為1組和9組工藝參數下焊縫表面形貌。由圖可以看出，圖3.15-a中1組工藝試驗時焊點重疊率低，焊縫邊緣不整齊，飛濺嚴重，焊點中心有明顯的孔洞，其焊縫表面成形性最差，用數值0進行表征；而圖3.15-b中9組工藝試驗時焊點重疊率較高，焊縫寬度連續一致，無飛濺，焊縫表面整齊美觀，其焊縫表面成形性最好，用數值100進行表征，其它組工藝試驗的焊縫表面形貌表征數值則介于0到100之間。
表3.9中S1、S2、S3分別代表四因素在第1、2、3水平下焊縫表面形貌表征數值平均值Rs=max｛S1j,S2j,S3j｝-min｛S1j,S2j,S3j｝。極差R的大小反映了焊接中各因素對焊縫質量影響的大小，極差越大，說明該因素數值的變化對實驗結果影響越大，是焊接過程中應該控制的重要因素。比較RS可以看出，脈沖頻率是對脈沖激光焊焊縫質量影響最大的工藝參數，其余依次是電流，脈寬和焊接速度。
當脈沖頻率為15Hz和30Hz時，焊縫中有時會出現工藝氣孔，工藝氣孔有圓錐形、不規則形和球形三種。下面分別分析這三種形貌的工藝氣孔。
圖3.16是4試驗組中發現的氣孔的形貌圖，脈沖頻率為15Hz，電流為160A，脈寬為2.5ms，焊接速度為600mm/min，離焦量為-1mm時，焊縫中所發現的氣孔的形貌圖，觀察圖3.16-a可以看出，試驗組表面看不見孔洞，但沿焊縫表面打磨后出現圓形孔洞，直徑0.22-0.41mm，沿焊縫方向與焊點同心分布，如圖3.16-b所示。圖3.16-c是氣孔橫截面外觀形貌圖，從圖中可以看出孔洞為圓錐形。這是因為試驗組電流較大，焊接峰值功率高，高能激光束打在金屬不銹鋼焊接管表面，極大的瞬時熱輸入使熔池內部金屬迅速受熱氣化向外逸散，造成熔池沸騰，飛濺嚴重，焊縫金屬損失形成孔洞，孔洞內壁上沿有較大瘤狀金屬附著物，這是飛濺的液態金屬冷卻后造成的。
維持脈沖頻率不變，調節其他焊接參數，圖3.17是1、4、7試驗組焊縫中氣孔橫截面外觀形貌圖。1試驗組脈沖寬度為2.0ms，焊接速度800 mm·min-1，電流180A，從圖3.17-a可以看出，其焊點分離，沒有重熔金屬覆蓋金屬蒸汽逸散造成的小孔，形成了開放型孔洞。隨著脈沖寬度增加至2.5ms，電流減少至160A，焊接速度減少至600 mm·min-1，熱輸入更加均勻，熔池穩定，飛濺減少，前一焊點重熔金屬可以回填后續焊點產生的孔洞，但SUS304不銹鋼焊接管合金元素含量高，液態流動性差，填充不足從而形成的閉合氣孔，如圖3.17-b中4試驗組所示。7試驗組脈沖寬度加大至3.0ms，進一步降低電流和焊接速度，在焊接過程獲得足夠量重熔金屬和較長回填時間，有效消除了圓錐形氣孔。經測試，在焊接頻率為15Hz條件下，1、4、7試驗組焊縫的焊點重疊率依次為38%、35%、42%，均不能形成合格焊縫，須進一步增大脈沖頻率。增大脈沖頻率到30Hz時，基本上完全消除了大的圓錐形工藝氣孔，但在焊縫底部出現了如圖3.18所示的不規則的工藝性氣孔。實際試驗所得氣孔表面形貌如圖3.10所示。從圖3.18-a、3.18-b、3.18-c可以看出，2和5試驗組在焊縫底部均有不規則的氣孔，匙孔型氣孔一般都是位于熔池底部的不規則的氣孔，也有一部分規則的氣孔。這是由于深熔焊時，匙孔中金屬蒸汽劇烈蒸發，小孔內部處于不穩定狀態，小孔前部的高溫液態金屬快速下降，到達熔池底部時受液體流作用力向熔池后部運動形成渦流。這個過程很容易切斷小孔，把金屬蒸汽封閉在小孔內，而脈沖激光焊冷卻速度很快，液態金屬來不及回填便在焊縫底部形成了氣孔，2、5兩試驗組電流較大，瞬時熱輸入高，熔池內液態金屬運動劇烈，沖擊力較大，容易形成此種工藝性氣孔。8試驗組降低了電流，減小脈寬并增大焊接速度，適當降低了熱輸入，緩解了液態金屬紊流，有效降低焊縫中工藝氣孔產生的概率。
當脈沖頻率為30Hz時，實驗中焊縫中還出現了球形氣孔，如圖3.19所示。從3.19-a中可以看出氣孔位于焊縫中部的分層處。從3.19-b中可以看出氣孔呈球形，還保留了一點漩渦狀。這是由于高功率密度的激光打到材料表面，使材料迅速汽化，形成小孔，小孔中金屬蒸汽劇烈蒸發，小孔內部處于不穩定狀態，小孔前部的高溫液態金屬快速下降，到達熔池底部時受液體流作用力向熔池后部運動形成渦流，這個過程很容易切斷小孔，把金屬蒸汽封閉在小孔內，在一段時間內，金屬蒸汽沒凝固，而是以氣體的形式漩渦狀的形貌存在于液態熔池內部，并會在液態金屬中上浮，在上浮過程中，在液態金屬表面張力的作用下，會由漩渦狀慢慢轉變為球形。又由于冷卻速度很快，在上浮過程中凝固了，氣孔會呈旋渦狀的球形，并出現在熔池中部。
激光焊薄板不銹鋼焊接管時，焊縫金屬中的氣孔究竟是如何形成的呢？這是由于：盡管鋼板的厚度為1mm，但用脈沖激光焊時，還是屬于深熔焊。深熔焊時，熔池中存在等離子體，產生匙孔中，有大量金屬蒸氣劇烈蒸發，匙孔內部處于不穩定狀態。由于熔池溫度的不均勻性，在熔池中存在旋轉的渦流，且能量較大，有強烈的攪拌力作用，液態金屬在匙孔前壁快速下降，當到達匙孔底部時，形成渦流。
在焊接過程中，匙孔隨連續熔池移動，并有金屬對匙孔進行回填，就能避免氣孔的產生。若焊接過程中，為非連續移動熔池，如圖3.17中的圖a，液態金屬就會把金屬蒸汽封閉在小孔內，激光焊時冷卻速度很快，液態金屬來不及回填便在焊縫內部形成了孔洞。
即使為連續移動熔池，若焊接工藝參數不適宜，后熔化的液態金屬對前面形成的小孔補填不充分，也會形成孔洞，如圖3.18中的圖a和圖b。焊縫金屬中孔洞的存在，不僅減少焊縫的承載面積，而且會造成應力集中，降低焊接接頭的強度。
進一步增大脈沖頻率到45Hz，3、6、9試驗組焊縫的焊點重疊率進一步提高，分別達到65%，68%、70%。焊接時相鄰焊點的重疊率越高，后一焊點對前一焊點的重熔作用就越明顯，越容易消除前一焊點內部可能產生的工藝性氣孔，如圖3.20所示，3、6、9試驗組焊縫截面金相圖均沒有發現氣孔。
通過正交實驗設計結果分析，脈沖激光焊焊接奧氏體不銹鋼焊接管時，不當的焊接工藝是產生工藝性氣孔的主要原因，對不銹鋼焊接管薄板焊縫質量影響最大的工藝參數是脈沖頻率，其余依次是電流，脈寬和焊接速度。當脈沖頻率為15Hz和30Hz時，焊縫工藝氣孔不能完全消失，氣孔的形狀為圓錐形、不規則形和球形。不論脈寬頻率與其他參數以何種方式組合，均不能形成合格的焊縫。而當脈沖頻率為45Hz時，電流，焊接速度和脈沖寬度不論選取何值，焊縫中均無工藝氣孔。
