文档介绍：45℃甘油法测定焊缝金属中扩散氢
蒋应田
一、 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、 掌握甘油法测定扩散氢的方法;
3、了解焊缝金属中扩散氢测定的其他方法。
二、实验装置及实验材料
1、KQ-3型测氢仪 1台
2、集气管 12根
3、交流电焊机BX3-300型 1台
4、直流电焊机ZX7-160型 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×(10~12)
引收弧板 40×20×(10~12)
9、焊条,;;
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:
⑴氢脆只出现在较窄的温度范围内(低合金高强钢约为-60~60℃),高于或低于这个温度范围都将恢复塑性。
⑵在一定载荷下,破坏过程与应变速率具有延迟特征,延迟的时长又与载荷大小有关。
⑶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。
⑷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。
⑴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。
⑵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、  焊接接头氢的瞬间分布于扩散
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100~150℃,在焊后1~2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是一个随温度变化的量。在78~200℃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
×10-12
式中【H】扩—标准状态下100g熔敷金属中的扩散氢含量。
V—集气管中收集的扩散氢气量;
P0—标准大气压(760mmHg) P—试验环境大气压;
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) G—试件焊后的重量(g)
(4)、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。
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所示
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。