焊缝金属中扩散氢含量的测定

1、实验一 焊缝金属中扩散氢含量的测定1. 概述 在焊接过程中，液态金属所吸收的大量的氢，一部分在熔池结晶过程中逸出，一部分来不及逸出而留在固态金属中。 焊缝中的氢大部分是以原子或离子状态存在的。由于氢的原子和离子半径都很小，所以其中一部分氢可以在焊缝金属的晶格中自由扩散，也可逸出焊缝，称为扩散氢。还有一部分氢扩散聚集到金属的晶格缺陷、显微裂纹及非金属夹杂物边缘的空隙中，结合成氢分子。因其半径增大，不能自由扩散，称为残余氢。 焊缝中的氢可产生许多有害作用。一类是暂态现象，如脆性、白点、硬度增高等；一类是永久现象，如气孔、组织改变、显微斑点及危险性极大的冷裂纹等。氢致缺陷能明显降低金属强度、韧性及疲

2、劳强度或直接导致焊件破坏。 焊接时氢主要来自焊接材料中的水份、电弧周围的空气、焊丝、母材表面的油污铁锈等含氢物质。焊缝金属的含氢量除与焊丝、焊件的清理质量、焊条的烘干情况、工件的预后热情况、环境湿度及温度等因素有关外，还与焊接方法、工艺参数、焊接电流的种类、极性等因素有关。 焊缝金属中扩散氢含量的测定，是评定焊接材料内在质量的重要指标之一，也是进行氢对焊接接头影响研究的重要依据，测定方法及其测量精度对材料氢致缺陷的研究具有重要意义。2. 实验目的（1）了解手工电弧焊时，影响焊缝金属中扩散氢含量的因素；（2）掌握一种测定焊缝金属中扩散氢含量的方法。3. 实验装置及材料（1）扩散氢测定仪（PY-4

3、型） 1台；（2）手工电弧焊机（直流） 1台；（3）水冷焊接夹具（自制） 1台；（4）烘箱 1台；（5）天平称（感量0.1 g） 1台；（6）试板 A3钢 70×20×10mm 12块；（7）引弧板、熄弧板 A3钢 40×20×10mm 24块；（8）电焊条 E43034mm；E5015 4mm 各12根；（9）温度计、气压表、吹风机、锤子、钳子、镊子、瓷盘、砂纸、丙酮和乙醇等。4. 实验原理测定焊缝金属中扩散氢含量的方法有液体置换法（包括水银法、甘油法、乙醇法）、排液法、色谱法、真空法、硅油置换法等多种。水银法是国际标准中规定的方法,它准确、可靠，但有

4、毒且有污染；甘油法、乙醇法操作方便、无污染，但精度低；色谱法、真空法精度高、无污染，但或仪器价格昂贵、或操作复杂；本次实验采用排液法，该法据有精度高、操作方便、仪器价廉、无公害等优点。排液法所用测定器结构如图1所示，为一密封的连通器。实验时先将测定器中注入测定介质甘油，放入恒温箱中，加热至实验温度318K保温待用。而后焊接试件。焊后将试件立即冷却、除水放入测定器中，盖好有橡皮密封圈的内盖，再旋紧外盖，以保证测定器的筒体密封。此时只有与连通管连接的读数管与外界大气相通。此后再立即将测定器置于318K的恒温箱中，记录测定器读数管中甘油液面的初始读数。随着试件焊缝中的扩散氢不断的逸出，将同体积的甘油

5、排入读数管内，因此，读数管内液面不断上升。经过24h ，扩散氢基本不再逸出，此时记录读数管甘油液面终了读数，再进行简单换算，就可得出标准状态下焊缝金属中扩散氢含量的数值。1外盖; 2内盖; 3筒体; 4试件5甘油; 6连通器; 7密封螺母; 8读数管图1 PY法测定器装置结构示意图 5. 实验内容及步骤（1）实验方法实验包括以下内容: 用未烘焙的E4303焊条，在直流反接下堆焊，测氢； 用未烘焙的E5015焊条，在直流反接下堆焊，测氢； 用烘焙200×2h的E4303焊条，在直流反接下堆焊，测氢； 用烘焙350×2h的E5015焊条，在直流反接下堆焊，测氢。每种情况做三个试

6、件。（2）实验步骤 焊前准备a.将试板、引弧板、熄弧板用钢丝刷和砂纸除锈，再用丙酮除油；称出试板原始重量W1（精确到0.1g）；再放入烘箱中加热200×2h去氢。b.将6根 E4303 焊条烘焙 200×2h；将6根E5015焊条烘焙350×2h。 焊接将试板、引弧板、熄弧板各一块置于水冷夹具上进行堆焊，焊接时采用短弧焊，不允许中间断弧，焊接规范13组为:I = 160A；4组为:I = 150A；U = 2123V； V焊=80mm/min。 水冷焊后立即拉开夹具，使试件落入水中，且不停地拉合夹具，使水下铜网中试件摆动冷却，10s后取出试件。 清理迅速敲除试件上

7、的药皮，敲断引弧板和收弧板；再用乙醇为试件除水，用冷风吹干试件。 测甘油液面初始读数Vh1将清理好的试件迅速放入测定器中，将测定器内、外盖旋紧，使甘油液面高于玻璃读数管的0刻度；再将测定器放入恒温箱，立刻测取甘油液面读数Vh1，并记录之；同时，记录测定器放入恒温箱的时间。注意，测定器拿出恒温箱的时间不应大于15s，试件从焊后到放入测定器，读出甘油液面初始读数的时间不应大于60s。 测甘油液面终了读数Vh2 试件在318K恒温下放置24h，则可认为扩散氢基本不再逸出。此时可测取、记录甘油液面终了读数Vh2、并记录恒温箱内实验温度T、实验环境大气压P。 称重把试件从测定器中取出，清洗干净、吹干，再

8、称出试件焊后重量W2（精确到0.1g）。6. 实验数据整理及结果分析（1）实验数据整理号 填写表1 表1 焊缝中扩散氢含量测定数据表实验数数据实验条件测定器编号123456789101112 焊条牌号 电流种类及极性 焊接电流 I（A） 焊条烘干情况 焊前试板重量W1（g） 焊后试件重量W2（g） 液面初始读数Vh1(ml） 液面终了读数Vh2(ml） 试件入水时间t（s） 试件入测定器时间t(s） 试件H扩(ml/100g）各组H扩平均值(ml/100g） 数据处理用式1计算出每个试件在标准状态下(273K，760mm汞柱),100g熔敷金属中析出的扩散氢含量H扩:（1）式中：H扩标准状态下100克熔敷金属中扩散氢的含量；ml/100gVh1 甘油液面初始读数；Vh2 甘油液面终了读数；P0 标准大气压：760mmHg；P 实验环境大气压（mmHg）；T0 标准温度：273K；T 实验温度：318K；W1 试板原始重量； W2 试板焊后重量