焊縫金屬中擴散氫含量的測定(1)

1、河南科技大學實驗教學,焊縫中擴散氫測定王要利,目 錄,● 實驗目的及內(nèi)容● 實驗設備及材料● 擴散氫相關理論知識● 實驗內(nèi)容及要求● 擴散氫含量的計算● 實驗報告● 注意事項,一、實驗目的及內(nèi)容,1. 實驗目的掌握測定焊縫擴散氫含量的一種方法。了解手工電弧焊時影響焊縫擴散氫含量的幾個因素。實驗內(nèi)容正常焊接條件下，比較J422和J507兩種焊條所焊焊縫中擴散氫含量；

2、比較J422和J507 兩種焊條不烘與焊前烘干后的擴散氫含量。,二、實驗設備及材料,IGBT直流逆變焊機，型號ZX7—400 Z—整流弧焊電源；X—下降特性；7—逆變；(1—動鐵心；3—動繞組；4—晶體管；5—晶閘管；6—變換抽頭；7—逆變),二、實驗設備及材料,實驗設備 ZX7-400直流焊機；甘油法測定擴散氫含量裝 置；天平、烘箱、溫度計；實驗材料試樣材質(zhì)選擇與試驗焊條強度等級相近的鋼材(Q235)。試樣

3、尺寸為130×25×12mm，每組三個試樣。在650℃保溫1小時或250±10℃保溫6-8小時。,焊接時，氫主要來源焊接材料中的水分，含氫物質(zhì)及電弧周圍空氣中的水蒸氣。,氫的來源：,焊縫中氫及其擴散：,焊接過程中，液態(tài)金屬吸收了大量的氫，有一部分在熔池凝固時可以逸出，但熔池凝固很快，相當一部分氫沒有逸出而留在焊縫中。,三、擴散氫相關的理論知識,焊縫中氫及其擴散：,1.擴散氫： 鋼

4、焊縫中，氫大部分是以H、H+、H-形式存在，他們與金屬形成間隙固溶體，由于氫原子或離子半徑很小，這部分氫在焊縫金屬晶格中可以自由擴散。 2.殘余氫： 還有一部分氫擴散聚集到陷阱（金屬的晶格缺陷、顯微裂紋、非金屬夾雜物的邊緣空隙）結(jié)合為氫分子，因其半徑較大，不能自由擴散。,氫對焊縫質(zhì)量的影響：,1. 氫脆：是由溶解在金屬晶格中的氫引起的。在試件拉伸過程中，金屬中的位錯發(fā)生運動和堆積，形成顯微空腔，與此同時

5、溶解在晶格中的原子氫不斷的沿著位錯運動的方向擴散，最后聚集到顯微空腔中結(jié)合為氫分子，而產(chǎn)生很高的壓力，導致金屬變脆。 2.白點：如焊縫中產(chǎn)生白點，則焊縫的塑性大大下降。 碳鋼或低合金鋼焊縫，如含氫量高，則常常在其拉伸或彎曲斷面上出現(xiàn)銀白色圓形局部脆斷點，即為白點。白點直徑一般為0.5-3mm，周圍為韌性脆斷口，且中間有小的夾雜物或氣孔。,3.氣孔：如果熔池中吸收了大量的氫，在凝固時溶解度突然下降，使氫處于過飽和狀態(tài)而發(fā)

6、生以下反應： 2[H]=H2 反應生成的氫不溶于金屬，在液態(tài)金屬中就形成氣泡，當氣泡的逸出速度小于焊縫的凝固速度時，就形成了氣孔。 4.冷裂紋：延遲裂紋（氫致裂紋）主要特點是不在焊后立即出現(xiàn)，而是一定的孕育期，故危害更大。,氫對焊縫質(zhì)量的影響：,1.限制焊接材料中的含氫量： 1）盡量選用不含氫或含氫少的材料；

7、 2）清理雜質(zhì)； 3）烘干（250±10℃保溫6-8小時）； 2. 冶金處理： 1）適當提高氣氛的氧化性；焊接材料中加入適量的 CaF2，少量的SiO2 ； 2）控制焊接材料中的氧化還 原勢；3）加入微量的RE元素； 3.控制焊接工藝參數(shù)：

8、 手工電弧焊時，增大電流，熔滴吸收的氫量增加，增 大電壓含氫量減少。 4.焊后脫氫處理： （350oC+1h）,控制氫的措施：,四、實驗方法及要求,1.實驗準備 1）試樣材質(zhì)選擇與試驗焊條強度等級相近的鋼材。 2）試樣尺寸為130×25×12mm，尺寸精度為±1mm，每組三個試樣。 3）試樣預先做去氫處理：在650

9、℃保溫1小時或250±10℃保溫6-8小時。 4）試樣去除氧化皮和銹。編號、乙醇去水、丙酮去油。清洗后的試樣不得接觸油水等物，稱重精確至0.1g，記為Go。,四、實驗方法及要求,2.實驗方法 焊縫擴散氫含量的測定可以采用幾種不同的方法。如甘油法、水銀法等。我國國家標準規(guī)定采用甘油法（GB3965-83）。本次實驗即采用甘油法，其測定裝置如圖1。在整個測試過程中應使甘油槽內(nèi)的溫度恒定為4

10、5±1℃。,甘油法測定擴散氫含量裝置示意圖,四、實驗方法及要求,3.實驗步驟 1）準備焊機，選用Φ4直徑的焊條，調(diào)整好焊接規(guī)范，焊接電流比焊條生產(chǎn)廠家推薦的最大電流低15A。 2）在準備好的試樣中間堆焊一道長為115mm、寬為4mm的焊縫，焊接時采用短弧，焊接過程中若滅弧，則該試樣作廢。,試樣及焊縫尺寸,四、實驗方法及要求,3.實驗步驟 3）停焊后2秒內(nèi)將試樣投入0-20℃的冷卻水里擺動冷卻，

11、10秒后立即取出。 4）試樣取出后清除飛濺物和渣皮，丙酮清洗迅速吹干后放入收集管內(nèi)。自試樣焊完至放入收集管中的時間不超過60秒。 5）24小時后讀取所測得的氫的體積，以ml表示。 6）取出試樣洗凈吹干，冷卻后再稱重，精確至0.1g，記為G1。 7）撰寫實驗報告。,4. 實驗要求,1）嚴格按照指導書有關內(nèi)容進行實驗。 2）認真做好實驗記錄、填好附表。

12、 3）根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，計算出每塊試樣焊縫的擴散氫含量，并注明實驗條件。 4）將有關數(shù)據(jù)進行比較，分析影響焊縫擴散氫含量的主要因素。,五、擴散氫含量的計算,按以下公式計算出標準狀態(tài)下每100g熔敷金屬中的擴散氫含量[H]。 [H]=(PVT0/P0WT)×100 ml/100g 式中，[H]-標準狀態(tài)下每100g熔敷金屬中擴散氫含量（ml/100g）； V-集氣瓶中收集到的實際擴散氫氣

13、體量（ml）；P0-標準大氣壓（760mmHg）；P-實驗室氣壓（mmHg）；T0-273K；T-(273+t)K；t-恒溫收集箱的環(huán)境溫度；W-（G1-G0）g,六、實驗報告,1）計算J422、J507兩種焊條烘與不烘情況下焊縫金屬中擴散氫含量。（列表并寫出計算過程） 2）分析J422、J507兩種焊條相同情況下焊縫金屬中擴散氫含量。 3）分析J422或J507焊條在烘與不烘情況下焊縫金屬中擴散氫含