实验2焊接材料熔敷金属扩散氢测定实

1、一、实验目的焊缝熔敷金属中扩散氢含量是产生延迟裂缝的主要因素之一，是低合金高强钢焊接时选择焊接材料的重要依据。本实验的目的：1、使同学初步掌握45甘油测氢试验方法。2、了解手工电弧焊时影响焊缝金属中扩散氢含量的因素。3、了解焊缝金属中扩散氢测定的其他方法4、为确定焊接材料和分析冷裂纹敏感性实验结果提供依据。二、实验用材料及仪器1、测氢仪 1台2、集气管 12根3、交流电焊机 1台4、直流电焊机 1台5、试件夹具 1个6、远红外电焊条烘干箱 1台7、吹风机、钳子、榔头、钢丝刷、瓷盘、绒布、丙酮、乙谜、酒精、秒表等8、试件 低碳钢板 130×20×（1012）引收弧板 40&#

2、215;20×（1012）9、焊条，焊条4.0;J4224.0;J507 图1扩散氢测定装置示意图1-恒温收集箱 2-试样 3-收集器 4-温度计 5-水银接触温度计6-恒温甘油浴 7-收集器支撑板 8-恒温控制器 9-加热电阻丝三、实验原理1、氢在焊缝金属中存在形式及危害在金属焊缝中,氢大部分是以H,H+或H-形式存在的,他们与焊缝金属形成间隙固溶体.由于氢半径小,一部分氢在焊缝金属的晶格中自由扩散,而成为扩散氢.剩余部分扩散聚集到晶格缺陷,显微裂纹和非金属夹杂物边缘的空隙中,结合为分子,而不能自由扩散,称之为残余氢.氢对结构钢的主要危害由两个方面:I暂态性危害，这类现象在经过时效

3、处理或热处理之后，可以消失。如氢脆，氢白点。氢脆现象与低温脆性相比有以下明显特征：氢脆只出现在较窄的温度范围内(低合金高强钢约为-6060)，高于或低于这个温度范围都将恢复塑性。在一定载荷下，破坏过程与应变速率具有延迟特征，延迟的时间长短又与载荷大小有关.氢脆现象与氢在金属中固溶的程度及是否形成氢化物等无关。低于100K(-173)时塑性反而开始恢复，并不再有氢脆出现。II永久性危害，这类现象一旦产生，则是不能消除的，且危害性是相当严重的，如气孔和冷裂纹。2、氢的产生及来源由于焊接方法不同，导致氢向金属中溶解的途径也不相同。对于手弧焊，氢主要以两个途径进入焊缝金属中。氢通过气相与液相金属的界面

4、以原子或质子的形式被吸附后溶入金属中。氢是通过熔渣层以扩散形式溶入金属中。焊接时，氢主要来源于焊接材料中的水分、含氢物质、电弧周围空气中的水蒸气和母材坡口表面上的铁锈油污等杂质。3、焊接接头氢的扩散焊缝金属中的氢含量，因扩散的缘故是随时间变化的，在接头不同部位，因存在不同塑性变形量，而有不同的位错密度，这样将捕捉到不同量的氢。研究表明，在焊根及焊趾等有缺口效应部位往往存在氢的聚集，将直接影响冷裂纹的产生。同时还表明，氢的聚集开始于焊后约60秒（室温下板厚20mm）约冷至100150，在焊后12小时达到最大值之后逐渐耗散。氢在不同的金属中具有不同的扩散性能，这可用一个扩散系数d表示，且d是一个随

5、温度变化的量。在78200温度范围内，氢在钢中的扩散系数d与温度具有如下关系：对于同一种金属的不同组织结构而言，氢也具有不同的扩散性能，下表所列为钢的不同组织中氢的扩散性能。组织扩散系数铁素体（F）珠光体（B）索氏体（S）贝氏体（B）马氏体（M）奥氏体（A）（cm2/s）×10-7×10-7×10-7×10-7×10-124、扩散氢的测量目前，扩散氢的测定方法有三种，即甘油法，水银法和气相色普法。目前，我国将甘油法和气相色普法等同起来使用。三种测试方法各有优劣。本实验是针对甘油法进行，对其他两种方法作一简介。（1）甘油法测定扩散氢方法由于扩散氢

6、的含量很少，因此常用气体排液法把扩散氢收集到一个密闭的集气管内测量。如图1和图2所示。图2 扩散氢收集示意图由金属表面扩散溢出的微小氢气泡必须通过收集介质浮升到集气管顶部，为使氢气泡通过介质时不至于对测量结果有影响，必须要求介质具有一定的物理和化学性能。具体要求是：对氢的溶解度较小，具有低的蒸汽压力，化学稳定性好，对人体无害和液体的粘度值低及价格便宜。目前所用的介质有：甘油，石蜡油，酒精，水银。20molK2CO3以及硅油等。甘油和石蜡油的主要缺点是粘度大；水银有害于人体健康，且价格昂贵；酒精则可能溶解氢且容易挥发，因此，没有一种介质能完全满足要求。甘油是国内和日本广泛应用的介质，主要在于操作

7、简单，国际上多采用水银，但需重视两个方面：收集器需特殊设计，防止试件浮在水银表面。操作时要严格防止水银蒸汽外溢，以防中毒。甘油因其粘度大，使氢气泡的上浮条件及浮升速度都较水银介质差，且又因部分微小的气泡悬浮在甘油中或粘附于工件表面和集气管壁，而不能浮升到集气管顶部影响测量结果。特别对于一些低氢或超低氢状况的测量。针对这一问题，天津大学从收集方式加以解决，克服了精度低的弊端。甘油法测试方法将测的扩散氢体积（ml）首先换算称标准状态下的氢气体积，再算出100g熔敷金属中析出的扩散氢含量。甘油法扩散氢测定的评定标准如表1所示。表1 甘油法扩散氢测定的评定标准评定标准熔敷金属中含氢量评定标准熔敷金属中

8、含氢量高15低10但5中15但10很低5表2 测定扩散氢的技术条件GB396583 试板要求编号标准试验材料材料热处理试件尺寸引、收弧板IGB396583试件材质与试验焊条强度等级相近650保温1小时或250±10保温68小时随炉冷却130×25×12有表3测定扩散氢的技术条件GB396583 焊条要求试片数焊条焊接规范入水前时间型号直径U(V)I(A)堆焊长度/消耗焊条长度4E43032125推荐值+15115/15024E50152123同上115/1502（2）焊缝金属扩散氢测定新技术简介：气相色普法测定扩散氢是一个新技术，现已被国家标准所采纳，正被日渐推广

9、，它具有如下特点：1、快速、灵活、精度高，测定范围宽，而且可排除由于各种原因混入的空气的干扰，测定结果精确可靠。2、在高氢测定范围和超低氢测定范围都具有良好的精度和准确度。3、不存在任何环境污染和毒害操作者的物质。（a）、气相色普法测定原理利用不同物质在两相中具有不同的分配系数（或吸附系数、渗透性），当两相物质作相对运动时，这些物质在两相中进行多次反复分配而实现分离的，因流动相为气体，故称气相色普法。（b）、气相色普法测氢过程用纯氩气作为载气（流动相）将取样器试样桶内的氢器（由熔敷金属试样中扩散出来的）载入色谱分离注中进行分离，分离出的氢被进一步载入热导池进行检测，热导池检出的氢的电信号经放大

10、、积分和灵敏度调整等处理后，在数字电压表上显示被测氢的量。四、 实验步骤1）焊前准备将尺寸为20×130×12的试件和40×20×12的引、收弧预先在250±10加热68小时作去氢处理，然后清理表面，去除氧化物，用乙醇去水，丙醇0，记入下面表4中。表4 试验记录表2）焊接将试件和引、收弧板放在试件夹具台上准备焊接。通冷却水，调整焊接电压为2125伏，焊接电流为170A，施焊1l5mm焊缝约熔化4mm直径的焊条150mm长左右，焊接过程中尽可能采用短弧焊，绝不允许中歼灭弧，以免产生弧坑。并记录焊接时间。如果发生灭弧，则试件作作废。焊接规范可详见前

11、面技术要求。3）水冷焊后2秒内立即将试件投入020的水中急冷，并摆动试件，避免局部温度过高，10秒后取出。4）清洗试件从水中取出后，迅速清除焊渣及其它脏物，然后用铁锤敲断引弧和收弧板，把中间的一段试件擦干并用酒精去水，乙谜去油。5）吹干和放入气体收集器将去水和除油的试件擦净并吹干（注意吹干时，一定要用冷风，以免焊缝中氢的溢出）。把试件立即放入气体收集内。6）读数及称重试件从焊完到放入收集器的全部操作过程，要求在60秒内完成。试件在45恒温下放值72小时，便可认为扩散氢已大致全部溢出。根据集气管中甘油柱的液面随对应的刻度，就刻读出扩散氢量V0, 精确到0.1立方毫米。这时，要记录恒温集气箱的温度T,试验现场的气压P0,把试件从收集器中取出，清洗干净，吹干，称出试件重量G1。7）根据下述公式，计算出扩散氢H根据下列公式算出0时，熔敷金属中扩散氢含量V0Vo标准状况下100克熔敷金属中的氢气体积数（ml）。ml/100gV收集的氢气体积（ml）。G1-G0 熔敷金属质量，焊后试样质量减去焊前试样质量，g，精确到0.01g。Po1大气压。P实验室气压。To273，KT恒温收集器中的温度=（273+t），Kt-恒温收集箱中温度，五、 填写实验报告1、划出实验记录表，填写各种数据。2、计算:将本组的三块试件取平均值，并