1、焊缝金属中扩散氢的测定(参考学时课内 3 学时)（一）、实验目的 了解手工电弧焊时影响焊缝中扩散氢含量的因素； 掌握甘油法测定扩散氢含量的方法。 （二)、实验装置及实验材料 测氢仪 1 台 集气管 12 个 交流电焊机 1 台 直流电焊机(或整流器) 1 台 试件夹具 1 个 烘箱(0450)1 台 吹风机、钳子、榔头、钢丝刷、瓷盘、绒布、丙酮、乙醚、酒精等 试件低碳钢板 20*70*10mm35 块 20*40*10mm70 块 ()焊条 4mm结 422 焊条 24mm结 507 焊条 15 根 （二）实验原理 氢对焊接接头的影响极大。氢不公能在焊缝中生成气孔，而且是的产生的主要原因之一。
2、所致裂纹常带有延迟性，往往使焊件在工作段时间以后开裂，因而其危险性更大。氢也引起金属的微裂和发裂等。虽然这些微观缺陷不致于直接导致焊件的破坏，但却能明显地降低金属的强度、屈服极限、冲击韧性、延伸率、断面收缩率，尤其对疲劳强度有较大的影响。氢主要来自水和有机物。水可能以水汽的开式吸附在焊丝和工件的表面或混杂在保护气体内，也可以其它多种形式包含在金属表面的氧化膜、铁锈和焊接材料中。有机物可能是焊条药皮中的木屑、纤维素或淀粉等造气剂，也可能是沾染在工件或焊丝表面的油污。水和有机物在焊接高温下分解出氢，氢再以原子或质子的开式进入熔池，终于使焊缝金属或多或少地含有氢。因此，焊缝金属的含量受到许多因素的影
3、响。如大气温度与湿度，保护气体的含水量，焊丝及工件的清理质量，焊接材料的型号、烘焙温度、保温时间和存放条件，所用 的焊接方法、工艺参数、焊接电流的种类和极性，以及焊件的焊后热处理情况等，都能影响焊缝金属的含氢量。图 1 表示焊条烘焙温度对于焊缝金属含氢量的影响。 氢对于不同金属材料的危害性是不同的。在焊接中碳钢，低合金高强钢和中合金钢时，更容易产生氢致裂纹。一定的金属材料在一定条件下焊接，焊接接头最终是否发生裂纹，与整个焊接过程中溶入焊缝的氢量以及从液，固金属中析出的氢量多少有关。焊缝金属中总的含氢量可以用下式表示：式中 焊缝金属中总的含氢量 mL/100g；金属凝固后氢的扩散析出量 mL/1
4、00g；残留在固态金属中残余氢量 mL/100g；显然， 和 是氢致裂纹的主要根源，随着固态金属的冷却不断地由金属内部扩散至表面而出，其扩散过程和扩散量的多少对裂纹的发生各发展都有很大的影响。残余氢则以氢的固溶或氢化物的形式存在，对裂纹的产生也有一定的影响。焊缝 中氢的扩散是一个复杂的过程，氢在各种金属内的扩散系数 D 不同，表示氢在不同金属中有不同的扩散性能(图 2)。扩散系数 D 以都随温度的降低而减小。在 C 温度范围内氢在铁中的扩散系数 D 与温度的关系可用下式表示。而且氢在同一金属的不同组织结构中也具有不同的扩散性能，如表 14 所示。表格 1 氢在不同组织中的扩散系数组织扩散系数铁
5、素体珠光体 索氏体 托氏体 马氏体 奥 氏体D（cm2/s） 4.010-7 3.510-7 3.210-7 2.510-7 2.110-7由于扩散氢的量很少(每 100 克金属中最多含有几十 ML)，通常采用气体液法把扩散氢收集到一个密闭的集气管内量测(图 3)。由金属表面扩散逸出的微小氢气光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量测的氢有扬影响，必须要求收集的介质具的一定的物理和化学性能，这些要求是：对氢气的溶解度较小，具有低的蒸气压力，化学稳定性好，对人体无害和液体的低粘度值。当然，也要求价格低。目前试验用的介质一般有甘油、石腊油、酒精、水银 20molK2CO3
6、 以及硅油等。甘和石腊的主要缺点是粘度较大；水银有害健康且价格昂贵；酒精则可能溶解氢且易挥发。现在还没有一种介质能同时满足上述各项要求。甘油虽然有缺点，但其它条件基本上符合要求，并且甘油法的操作也较简单，所以在我国和日本甘油法获得广泛应用，但是，扩散氢收集介质较多地采用水银，现在国际焊接学会(IIW)和国阳标准组织(ISO)亦规定用水银作为收集介质，因为水银的比重大于一般试材 8 材料，为防止试件浮出水银表面，气体收集器需要特别设计。水银有毒，操作时必须严格防止水银蒸气外溢。甘油作为介质时，氢气泡的上浮条件及浮升速度都较水银介质差。部分微小的气泡悬浮在甘油中或粘附于试件表面和试管壁，而不能浮升
7、到集气管顶部。这些悬浮和粘附的气泡约占扩散氢逸出总量的 30-50%，所以甘油所测得的H扩要比水银法测得的H扩约少 40%。因此，甘油法测定的结果不够准确，只能把测得的扩散氢量作相对比较。表 15 列出了我国关于用甘油法测定扩散氢的技术条件。测得的扩散氢体积(mL)首先要换成温度为 0C、标准大气压(760mm 汞柱)下的氢的体积，再算出 100g 熔敷金属中析出的扩散氢的含量，其计算公式如下：式中 标准大气压下 100g 熔敷金属中析出的扩散氢含量；V集气管中收集的扩散氢气体量(mL)P0标准大气压(760mm 汞柱)P试验环境大气压(汞柱高)表格 2 测定扩散氢的技术条件编号 标准 试验材
8、料 材料处理 试片尺寸（mm ） 引、收弧板?中国国家标准修订小组GB-700-65250C68 小时102070 有 中国哈尔滨焊接研究 所 低碳钢 同 同 焊条 焊接规范试片数 型号直径(mm)烘干要求 U(V) I（A） 堆焊缝长度/消耗焊条长度入水前时间（s）3 T4255 4 2125 按使用说明 取最大值 100/150 23 结 50743.2按说明书要求烘干，使用前 120C保温 2123210220100110100/130 5评定标准 收集介质 收集时间（h ）60 甘油（45C ） 24120 同上 24评定标准 堆焊金属手的氢量（mL/100g）高 15中 15，但10
9、低 10，但5很低 5表格 3 扩散氢的评定标准T0标准大气的温度（273K ）；T集气管内的温度（K）；G0试件原始重量（ g）；G1试件焊后手工艺重量（ g）。四、实验方法及步骤测氢试验的基本操作过程和步骤如下：焊前准备焊接水泠清洗吹干并放入气体收集器。 焊前准备将尺寸为 207010mm 的试件和 204010mm 的引弧板及收弧板预先在 250 10oC 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，乙醚去油，吹干冷却，把每个试件打钢印编号，然后用感量为 1/10g 的天平称出每个试件的重量 G0。 焊接将试件及引弧收弧板放在试件夹具台上进行焊接(图 17).焊接过
10、程中尽可能采用短弧焊，绝不允许中间灭弧，以免出现弧坑。如发生灭弧，则该试件作作废。施焊时建议采用表 17 的焊接规范。 水泠停焊后 5s 内立即将试件投入 020C 的水中急冷并摆动试件，避免局 焊条直径 电流(A) 电压(V)4 170180 2123表格 4 焊接规范部温度过高，10s 以后取出。 清洗试件从水中取出以后，迅速清除焊渣及其它脏物，然后铁锤敲断引弧板和收弧板，把中间的一段试件擦干并用酒精去水、乙醚去油。 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，以免焊缝中氢的逸出)。把试件立即放入气体收集器内。 试件从焊完到放入气体收集器的全部操作过程，要求在
11、 60 内完成。试件在 45 恒温下入放置 24h，便可认为扩散氢已大致词全部逸出。根据集气管中甘油液面的刻度，就可以读出扩散氢量。这时，要记录恒温集气箱的温度，实验现场的气压 P。把试件从收集器中取出，清洗吹干，称出重量 G1。根据前述的公式(11) ，计算出以同样的条件和规范按上述程序重复做二次，测定结果取三个试件扩散氢量的平均值。为了解工艺因素对于的 影响，实验应包括以下内容： 用未烘焙和以 250 保温 2 小时烘焙的结 422 焊条，分别以交流和直流反接在试件上堆焊，测定熔敷金属的 。 用未烘焙和以 350 保温 2 小时烘焙的结 507 焊条，分别在未经和经过严格清理的试件上堆焊，
12、测定溶敷金属的 。 用未经烘干的结 422 焊条以直流反接在未经清理和经过严格清理的试件上堆焊，以及用未经烘焙的结 422 焊条在未经清理的试件上进行直流反接长弧堆焊，测定熔敷金属的 。 五、实验结果的整理和分析实验可分组进行，把实验数据和结果填入表 1-8 中。要求对全部试验数据和结果进行整理分析。规范 试验条件 测定结果mL/100g编号G0(g)G1(g)W(g)I(A)U(V)焊条牌号电流种类烘干温度C试件清理焊接时间(s)停焊至入水时间(s)停焊至试件入仪时间(s)气体收集环境温度C收集管环境温度C收集气体体积mL单个试件平均备注1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
13、根据列表整理的熔敷金属中的扩散氢含量，绘图表示出焊条种类、烘干程度、清理程度以及长弧焊和短弧焊等对的影响，并对以上的试验结果进行简要分析。 考题 有甘油法测得的熔敷金属中的精度及影响精度的因素。 在甘油法测氢操作过程中，有些程序对的测定结果有较大影响，在操作时必须严格掌握。 长弧焊和短弧焊时测出的有何不同?并说明理由。 试分析比较结 422 和结 407 焊条的抗锈能力。 附录 附录 1-3KQ-2 型测氢仪这种仪器专用于甘油法恒温收集和测定熔敷金属中扩散氢量，可以同时进行十二个试样的扩散氢量的测定。该装置能保持甘油的温度恒定，并有控制温度报警和切断装置。装置的电路原理见图电热丝 供甘油加热用
14、，工作电流受到可控硅 的控制。甘油的温度是由水银接点温度计去控制可控硅的导通或关断来实现自动恒温调节。当甘油的温度达到给定值(45)时，接点温度的接点导通，使单结晶体管 的发射极短路，则脉冲变压器无脉冲输出，可控硅即被关断而停止加热。当甘油温度下降到给定温度(45)以下时，接点温度计的接断开，则可近期硅又被触发导通，对甘油加热，甘油开始升温。这样就能保持甘油的温度恒定。图的右侧为故障报警部分的电路。如果可控硅元件被击穿而甘油温度继续升高，当升到给定值时，可控硅导通，电铃 进行报警。如在夜间工作，则工作人员可把开关 K 置于关断位置。若电路发生故障，继电器 把电源切断，以防止事故发生。使用该仪器前，应完成以下的工作：把温度计上边的磁钢顶丝旋松，把控制温度计调在 45位置上，把报警温度计调到 48位置上。把控制部分，再把“报警 切断” 开关置于报警位置，用一根小导线，使两报警端短路，试验电铃能否工作。电铃响表示报警正常，可以进行用。把仪器平放于工作台上，油槽内注入甘油，线应在两接线柱下 1020m 处为宜。开启照明开关，日光灯管亮，表示已接通电源。开启电源开关，绿和红色两个指示灯亮，表示电热丝已经开始工作，油温开始上升。待仪器的油温升至 45并保持稳定后，即可开始测氢。
