文章导读：
什么是气孔？
气孔对锂电有什么影响？
气孔产生机理
失效原因分析
控制措施
总结
气孔是激光焊接中较容易产生的缺陷。激光焊的熔池深而窄，冷却速度又很快，液态熔池中产生的气体没有足够的时间逸出，容易导致气孔的形成。但激光焊冷却快，产生的气孔一般小于传统熔焊。焊接前清理工件表面可减轻气孔倾向，吹气的方向也会影响气孔产生。
▲焊缝气孔（左）▲焊缝形成过程（右）
什么是气孔焊接过程中，熔池中的气体未完全溢出熔池（部分溢出），而熔池已经凝固，在焊缝表面或内部形成的孔洞。
激光加工过程主要有两种气孔：
冶金型气孔：主要以氢气孔为主；
工艺型气孔：主要是匙孔不稳定导致的气孔，孔内主要是金属蒸汽，保护气等；
激光深熔焊气孔按形成原因可分３类:
①母材受污染而产生的成分性气孔
②焊接过程中匙孔不稳定而导致的工艺性气孔
③保护气或空气卷入匙孔而形成的混入性气孔
气孔对锂电有什么影响气孔会破坏焊缝金属的致密性，削弱焊缝的有效截面积，降低焊缝的力学性能和耐腐蚀性
2.1转接片气孔：影响过流能力及机械强度
2.2极耳焊接（软包）：影响过流能力及机械强度
2.3顶盖焊接：影响气密性及拉爆强度
2.4密封钉焊接：影响气密性及拉爆强度
2.5模组侧缝焊：影响围框结构机械强度
2.5BSB焊接焊：影响围模组机械强度及过流能力
气孔产生机理3.1匙孔塌陷导致的气穴形成原理示意图
匙孔塌陷导致的气穴形成原理示意图
在激光焊接过程中，当表面张力大于蒸气压力时，小孔将不能维持稳定而塌陷，金属来不及填充就形成了孔洞。
小孔塌陷产生的气孔
3.2氢气孔
氢在液态及固态下溶解度的差异导致凝固过程中氢气析出。如果析出的氢不能顺利上浮逸出，就会残留在焊缝中成为气孔。
氢气孔
在功率密度足够高、小孔稳定的情况下，目前铝合金激光焊气孔多为氢气孔。
失效原因分析气泡致因分析：
冶金气孔小结：
2、合金元素：某些沸点低于母材的合金元素出现偏析聚集，在激光焊接高温环境下迅速汽化形成气孔聚集
3、气孔特征：密集、小、规则圆形能谱仪进行验证：做元素测试；
工艺型气孔小结：
1、主要由于激光深熔焊过程匙孔的不稳定性所致：从光纤激光深熔焊的液柱模拟小孔的角度分析，根据液柱稳定性原理，当液柱长度大于其截面周长时，液柱开始出现不稳定的现象，上端开始出现颈缩、膨胀周期性行为，随着热源的移动，液柱颈缩膨胀处受表面张力影响坍塌并脱离匙孔形成气泡，滞留在焊缝中。
气泡逸出过程分析：无论是冶金型气孔还是工艺型气孔，都是先形成气泡后受到熔池内的张力与浮力等作用。当所受到的作用力超过阈值后，气泡就会进行上浮以及逃逸的行为，只要在熔池凝固前未能逃出，就会形成了气孔。因此气孔形成条件就是气泡上浮速度小于熔池凝固速度，才能形成气孔。
Vf＜Vs
Vf：上浮速度；Vs：凝固速度；
当VfVs时，气孔在焊缝内部形成；
当Vf=Vs时，气孔在焊缝表面形成；
当VfVs时，气泡成功逃逸出熔池外，则气孔不会存在。
t＝L/Vf
ρ为液态金属密度，η为液态金属的粘度，ρe为气泡密度，g为重力加速度，l为气泡半径，L为逸出路程，t为逸出时间。由此可得出，如需在气泡逸出过程发力，需要在液态金属粘度（η）上发力，粘度与熔池温度有关，熔池温度降低，粘度增大，所以如何保持更长时间熔池的温度梯度变化也是一个可以优化的指标。
控制措施5.1氢气孔：（控制水分）
1）焊件表面存在水分或者焊料焊丝上中的O2、H2、H2O含量提高，都会使焊缝中氢气孔增加；
2）在焊接过程中，没有保护气或者保护气流量较小时，部分空气会被卷入熔池或小孔内部，也会导致熔池中的O2、H2、H2O含量提高，使得氢气孔倾向增加。
3）氢气难溶于液态金属，其溶解度随着温度升高而增大。在熔池进入凝固阶段时，温度迅速降低，氢气容易析出形成气泡并残留在焊缝中形成气孔。
控制措施：
1）来料控制：确保成分均匀，氢气含量等指标；
2）环境控制：湿度控制；焊缝表面油污、氧化物等表面清洗处理；借助表面清洁度仪，可快速检测并量化、记录零部件清洁度的相关数据。基于此数据，能避免人为主观判断带来的影响，更有效审查生产步骤和清洗程序，进而优化清洗工序，更大地提高了工作效率，减少返工率，降低生产成本。
5.2通过焊前表面处理方式抑制焊接气孔
焊前表面处理是控制铝合金激光焊缝冶金气孔的有效方法，通常表面处理方法有物理机械清理、化学清理。
不同表面处理方法后焊缝气孔情况
经过对比，采用化学方法处理试板表面（金属清洗剂清洗－水洗－碱洗－水洗－酸洗－水洗－干燥）的流程处理最好。其中碱洗用25％NaOH（氢氧化钠）水溶液去除材料表面厚度，酸洗用20％HNO3（硝酸）＋2％HF（氟化氢）水溶液中和残留的碱液。试板表面处理后在24小时内实施焊接，试板处理后停留时间较长时焊前装配再用无水酒精擦拭。
5.3对于铝合金激光焊氢气孔的工艺抑制，有多种激光焊接方案，主要是通过工艺手段避免氢气泡析出及长大，促进氢气泡逸出熔池。简单来说就是通过高功率密度，减小热输入。
低激光功率密度焊接铝合金示意图
低激光功率密度焊接时对应熔池体积大，熔池冷却速度相比高激光功率密度焊接时慢，因此氢气泡析出时间长，长大速度维持在较高水平，气泡逸出速度在工艺窗口范围内始终无法气泡析出及长大速度，对应气孔率高。
而高激光功率密度焊接时熔池体积小，冷却快，氢气泡的析出时间短，在相对小的热输入时气泡逸出速度大于气泡析出及长大速度，可得到低气孔率的焊缝。
高激光功率密度焊接铝合金示意图
工艺型气孔：核心在保持匙孔稳定性，即焊接过程稳定性，保持一个小范围波动的动态平衡；
首先是由于匙孔不稳定导致的气孔，鉴于激光深熔焊本身特性，匙孔稳定性几乎无解，只能尽量保持动态平衡稳定，可以从扩大匙孔开口方向去稳定匙孔，降低匙孔波动程度；可以考虑从激光复合焊（光纤半导体（多波长）复合、激光电弧复合、双激光等）；光束整形、环形光斑、激光前倾5-15°；保护气侧吹等方向进行优化；
工艺参数改变时焊缝气孔率与熔深的对应关系
功率速度变化对气孔率的影响
离焦量变化对气孔率的影响
激光入射角度对气孔率的影响
扫描参数改变时焊缝气孔率与熔深的对应关系
波形的影响
频率的影响
幅宽的影响
5.4通过正确选择保护气体及流量抑制焊接气孔
保护气体的选用直接影响到焊接的质量、效率及成本，激光焊接过程中，正确的吹入保护气体可以有效减少焊缝气孔。
不同保护气类型对焊缝气孔影响
如上图，采用Ar（氩气）和He（氦气）对焊缝表面进行保护，在铝合金激光焊接过程中，Ar和He对激光的电离程度不同，造成焊缝成形不尽相同。结果可见，选用Ar作为保护气体所得焊缝的气孔率整体少于选用He作为保护气体时焊缝的气孔率。
同时我们也要注意，气流量过小（＜10L／min）焊接产生的大量等离子体无法吹走，使得焊接熔池不稳定，气孔形成几率增加。气体流量适中（15L／min左右）等离子体得到有效控制，保护气对溶池起到了很好的防氧化作用，气孔最少。过大的气流量伴随过大的气体压力，使得部分保护气混入溶池内部，使气孔率上升。
5.5保持环境、机构、保护气等外部因素的稳定性，尤其是控制机构振动和保护气湍流；
气泡逸出过程抑制解决方案：
延长凝固时间，降低凝固速度，给气泡逸出足够的时间；可以通过光纤半导体复合焊，激光电弧复合，摆动焊接（8、∞）等方式保持熔池保持较长时间的高温状态，利于气泡逸出；
提高上浮速度，降低金属粘度，可以通过保持合理的温度梯度、扩大熔池来降低冷却速度来实现；
缩短气泡上浮路程，可以考虑稳定匙孔波动，使得匙孔深度不出现大的波动，保持路程稳定，不会突然变大，增加逸出时间；
重熔也是一种解决方案；
总结上述材料仅仅对网络材料做了一些加工整理小结，实际过程异常处理还需要结合实际情况深入分析。要获得高质量的焊缝必须确保来料质量，完善工艺参数控制（功率，速度，离焦量，波形），一致的装配（间隙，台阶），稳定的环境（湿度，振动）等。
