实验2-焊接材料熔敷金属扩散氢测定实汇总

1、实验2焊接材料熔敷金属扩散氢测定（45C甘油法）实验一、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45C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130X 20X（

2、10 12）引收弧板40 X 20X（ 1012）测量犠at中的甘抽保持4s-Z- J_=-=：2/ 2 W A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，

3、这类现象在经过时效处理或热处理之后，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-6060C)，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(-173C )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

4、缝金属中。氢通过气相与液相金属的界面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100150C，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

5、性能，这可用一个扩散系数 d表示，且d是- 个随温度变化的量。在78200C温度范围内，氢在钢中的扩散系数 d与温度具有如下 关系：-6.752d =1.82 102 e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)4.0 X 10-73.5X 10-73.2X 10-72.5X 10-72.1 X 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

6、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。-1H11；卜*crdL ”L-J 1aT-牛kA* 亠一 n-_ :严a一_w1 1-i 11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。20m

7、olK2CO3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

8、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IGB3965 83试件材质与 试验焊条强 度等级相近650 C保温1小 时或 250 10C保温68小时 随炉冷却130X 25X 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)1(A)堆焊长度

9、/4E4303巾4.021推荐值+15消耗焊条24E5015巾4.021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，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

10、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、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20X 130X 12的试件和40X20X 12的弓I、收弧预先在250 10C加热6 8小时作去氢处理，然后清理表面，去除氧化物，用乙醇去水，丙醇去油，吹干冷却。把每个试件打钢印编号，然后用感量为 0.1g的天平称出试件的原始重量 G,记入下面 表4中。表4试验记录表词牛 编号Q原始重量.JGo停焊

11、后重宴*Gl焊接材料P 型号焊接材料“ 状态心焊接时间,收集的 氢气体积4P寂*PP2）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21 25伏，焊接电流为170A施焊115mm焊缝约熔化 4mmft径的焊条150mn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。焊接规范可详见前面技术要求。3）水冷焊后2秒内立即将试件投入020C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

12、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45C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Vo,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P。,把试件从收集器中取出，清洗干净，吹干，称出试件重量G7）根据下述公式，计算出扩散氢H根据下列公式算出0C时，熔敷金属中扩散氢含量 V）PVT。PT（G-G。）100Vo-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）g,精确到0.01gG-G。熔敷金属质量，焊后试样质量减去焊前试样质量,Pc 1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，C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