1、一、實驗?zāi)康暮缚p熔敷金屬中擴散氫含量是產(chǎn)生延遲裂縫的主要因素之一，是低合金高強鋼焊接時選擇焊接材料的重要依據(jù)。本實驗的目的：1、使同學(xué)初步掌握45甘油測氫試驗方法。2、了解手工電弧焊時影響焊縫金屬中擴散氫含量的因素。3、了解焊縫金屬中擴散氫測定的其他方法4、為確定焊接材料和分析冷裂紋敏感性實驗結(jié)果提供依據(jù)。二、實驗用材料及儀器1、測氫儀 1臺2、集氣管 12根3、交流電焊機 1臺4、直流電焊機 1臺5、試件夾具 1個6、遠紅外電焊條烘干箱 1臺7、吹風(fēng)機、鉗子、榔頭、鋼絲刷、瓷盤、絨布、丙酮、乙謎、酒精、秒表等8、試件 低碳鋼板 130×20×（1012）引收弧板 40&#

2、215;20×（1012）9、焊條，焊條4.0;J4224.0;J507 圖1擴散氫測定裝置示意圖1-恒溫收集箱 2-試樣 3-收集器 4-溫度計 5-水銀接觸溫度計6-恒溫甘油浴 7-收集器支撐板 8-恒溫控制器 9-加熱電阻絲三、實驗原理1、氫在焊縫金屬中存在形式及危害在金屬焊縫中,氫大部分是以H,H+或H-形式存在的,他們與焊縫金屬形成間隙固溶體.由于氫半徑小,一部分氫在焊縫金屬的晶格中自由擴散,而成為擴散氫.剩余部分擴散聚集到晶格缺陷,顯微裂紋和非金屬夾雜物邊緣的空隙中,結(jié)合為分子,而不能自由擴散,稱之為殘余氫.氫對結(jié)構(gòu)鋼的主要危害由兩個方面:I暫態(tài)性危害，這類現(xiàn)象在經(jīng)過時效

3、處理或熱處理之后，可以消失。如氫脆，氫白點。氫脆現(xiàn)象與低溫脆性相比有以下明顯特征：氫脆只出現(xiàn)在較窄的溫度范圍內(nèi)(低合金高強鋼約為-6060)，高于或低于這個溫度范圍都將恢復(fù)塑性。在一定載荷下，破壞過程與應(yīng)變速率具有延遲特征，延遲的時間長短又與載荷大小有關(guān).氫脆現(xiàn)象與氫在金屬中固溶的程度及是否形成氫化物等無關(guān)。低于100K(-173)時塑性反而開始恢復(fù)，并不再有氫脆出現(xiàn)。II永久性危害，這類現(xiàn)象一旦產(chǎn)生，則是不能消除的，且危害性是相當(dāng)嚴(yán)重的，如氣孔和冷裂紋。2、氫的產(chǎn)生及來源由于焊接方法不同，導(dǎo)致氫向金屬中溶解的途徑也不相同。對于手弧焊，氫主要以兩個途徑進入焊縫金屬中。氫通過氣相與液相金屬的界面

4、以原子或質(zhì)子的形式被吸附后溶入金屬中。氫是通過熔渣層以擴散形式溶入金屬中。焊接時，氫主要來源于焊接材料中的水分、含氫物質(zhì)、電弧周圍空氣中的水蒸氣和母材坡口表面上的鐵銹油污等雜質(zhì)。3、焊接接頭氫的擴散焊縫金屬中的氫含量，因擴散的緣故是隨時間變化的，在接頭不同部位，因存在不同塑性變形量，而有不同的位錯密度，這樣將捕捉到不同量的氫。研究表明，在焊根及焊趾等有缺口效應(yīng)部位往往存在氫的聚集，將直接影響冷裂紋的產(chǎn)生。同時還表明，氫的聚集開始于焊后約60秒（室溫下板厚20mm）約冷至100150，在焊后12小時達到最大值之后逐漸耗散。氫在不同的金屬中具有不同的擴散性能，這可用一個擴散系數(shù)d表示，且d是一個隨

5、溫度變化的量。在78200溫度范圍內(nèi)，氫在鋼中的擴散系數(shù)d與溫度具有如下關(guān)系：對于同一種金屬的不同組織結(jié)構(gòu)而言，氫也具有不同的擴散性能，下表所列為鋼的不同組織中氫的擴散性能。組織擴散系數(shù)鐵素體（F）珠光體（B）索氏體（S）貝氏體（B）馬氏體（M）奧氏體（A）（cm2/s）×10-7×10-7×10-7×10-7×10-124、擴散氫的測量目前，擴散氫的測定方法有三種，即甘油法，水銀法和氣相色普法。目前，我國將甘油法和氣相色普法等同起來使用。三種測試方法各有優(yōu)劣。本實驗是針對甘油法進行，對其他兩種方法作一簡介。（1）甘油法測定擴散氫方法由于擴散氫

6、的含量很少，因此常用氣體排液法把擴散氫收集到一個密閉的集氣管內(nèi)測量。如圖1和圖2所示。圖2 擴散氫收集示意圖由金屬表面擴散溢出的微小氫氣泡必須通過收集介質(zhì)浮升到集氣管頂部，為使氫氣泡通過介質(zhì)時不至于對測量結(jié)果有影響，必須要求介質(zhì)具有一定的物理和化學(xué)性能。具體要求是：對氫的溶解度較小，具有低的蒸汽壓力，化學(xué)穩(wěn)定性好，對人體無害和液體的粘度值低及價格便宜。目前所用的介質(zhì)有：甘油，石蠟油，酒精，水銀。20molK2CO3以及硅油等。甘油和石蠟油的主要缺點是粘度大；水銀有害于人體健康，且價格昂貴；酒精則可能溶解氫且容易揮發(fā)，因此，沒有一種介質(zhì)能完全滿足要求。甘油是國內(nèi)和日本廣泛應(yīng)用的介質(zhì)，主要在于操作

7、簡單，國際上多采用水銀，但需重視兩個方面：收集器需特殊設(shè)計，防止試件浮在水銀表面。操作時要嚴(yán)格防止水銀蒸汽外溢，以防中毒。甘油因其粘度大，使氫氣泡的上浮條件及浮升速度都較水銀介質(zhì)差，且又因部分微小的氣泡懸浮在甘油中或粘附于工件表面和集氣管壁，而不能浮升到集氣管頂部影響測量結(jié)果。特別對于一些低氫或超低氫狀況的測量。針對這一問題，天津大學(xué)從收集方式加以解決，克服了精度低的弊端。甘油法測試方法將測的擴散氫體積（ml）首先換算稱標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氫氣體積，再算出100g熔敷金屬中析出的擴散氫含量。甘油法擴散氫測定的評定標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。表1 甘油法擴散氫測定的評定標(biāo)準(zhǔn)評定標(biāo)準(zhǔn)熔敷金屬中含氫量評定標(biāo)準(zhǔn)熔敷金屬中

8、含氫量高15低10但5中15但10很低5表2 測定擴散氫的技術(shù)條件GB396583 試板要求編號標(biāo)準(zhǔn)試驗材料材料熱處理試件尺寸引、收弧板IGB396583試件材質(zhì)與試驗焊條強度等級相近650保溫1小時或250±10保溫68小時隨爐冷卻130×25×12有表3測定擴散氫的技術(shù)條件GB396583 焊條要求試片數(shù)焊條焊接規(guī)范入水前時間型號直徑U(V)I(A)堆焊長度/消耗焊條長度4E43032125推薦值+15115/15024E50152123同上115/1502（2）焊縫金屬擴散氫測定新技術(shù)簡介：氣相色普法測定擴散氫是一個新技術(shù)，現(xiàn)已被國家標(biāo)準(zhǔn)所采納，正被日漸推廣

9、，它具有如下特點：1、快速、靈活、精度高，測定范圍寬，而且可排除由于各種原因混入的空氣的干擾，測定結(jié)果精確可靠。2、在高氫測定范圍和超低氫測定范圍都具有良好的精度和準(zhǔn)確度。3、不存在任何環(huán)境污染和毒害操作者的物質(zhì)。（a）、氣相色普法測定原理利用不同物質(zhì)在兩相中具有不同的分配系數(shù)（或吸附系數(shù)、滲透性），當(dāng)兩相物質(zhì)作相對運動時，這些物質(zhì)在兩相中進行多次反復(fù)分配而實現(xiàn)分離的，因流動相為氣體，故稱氣相色普法。（b）、氣相色普法測氫過程用純氬氣作為載氣（流動相）將取樣器試樣桶內(nèi)的氫器（由熔敷金屬試樣中擴散出來的）載入色譜分離注中進行分離，分離出的氫被進一步載入熱導(dǎo)池進行檢測，熱導(dǎo)池檢出的氫的電信號經(jīng)放大

10、、積分和靈敏度調(diào)整等處理后，在數(shù)字電壓表上顯示被測氫的量。四、 實驗步驟1）焊前準(zhǔn)備將尺寸為20×130×12的試件和40×20×12的引、收弧預(yù)先在250±10加熱68小時作去氫處理，然后清理表面，去除氧化物，用乙醇去水，丙醇0，記入下面表4中。表4 試驗記錄表2）焊接將試件和引、收弧板放在試件夾具臺上準(zhǔn)備焊接。通冷卻水，調(diào)整焊接電壓為2125伏，焊接電流為170A，施焊1l5mm焊縫約熔化4mm直徑的焊條150mm長左右，焊接過程中盡可能采用短弧焊，絕不允許中殲滅弧，以免產(chǎn)生弧坑。并記錄焊接時間。如果發(fā)生滅弧，則試件作作廢。焊接規(guī)范可詳見前

11、面技術(shù)要求。3）水冷焊后2秒內(nèi)立即將試件投入020的水中急冷，并擺動試件，避免局部溫度過高，10秒后取出。4）清洗試件從水中取出后，迅速清除焊渣及其它臟物，然后用鐵錘敲斷引弧和收弧板，把中間的一段試件擦干并用酒精去水，乙謎去油。5）吹干和放入氣體收集器將去水和除油的試件擦凈并吹干（注意吹干時，一定要用冷風(fēng)，以免焊縫中氫的溢出）。把試件立即放入氣體收集內(nèi)。6）讀數(shù)及稱重試件從焊完到放入收集器的全部操作過程，要求在60秒內(nèi)完成。試件在45恒溫下放值72小時，便可認為擴散氫已大致全部溢出。根據(jù)集氣管中甘油柱的液面隨對應(yīng)的刻度，就刻讀出擴散氫量V0, 精確到0.1立方毫米。這時，要記錄恒溫集氣箱的溫度T,試驗現(xiàn)場的氣壓P0,把試件從收集器中取出，清洗干凈，吹干，稱出試件重量G1。7）根據(jù)下述公式，計算出擴散氫H根據(jù)下列公式算出0時，熔敷金屬中擴散氫含量V0Vo標(biāo)準(zhǔn)狀況下100克熔敷金屬中的氫氣體積數(shù)（ml）。ml/100gV收集的氫氣體積（ml）。G1-G0 熔敷金屬質(zhì)量，焊后試樣質(zhì)量減去焊前試樣質(zhì)量，g，精確到0.01g。Po1大氣壓。P實驗室氣壓。To273，KT恒溫收集器中的溫度=（273+t），Kt-恒溫收集箱中溫度，五、 填寫實驗報告1、劃出實驗記錄表，填寫各種數(shù)據(jù)。2、計算:將本組的三塊試件取平均值，并