焊缝金属中可扩散氢含量的试验研究

焊缝金属中扩散氢的测定一、实验目的(一)了解手工电弧焊时影响焊缝中扩散氢含量的因素； (二)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 (一)测氢仪1台 (二)集气管12个 (三)交流电焊机1台(四)直流电焊机(或整流器)1台 (五)试件夹具1个(六)烘箱(0~450℃)1台(七)吹风机、钳子、榔头、钢丝刷、瓷盘、绒布、丙酮、乙醚、酒精等 (八)试件低碳钢板20×70×10mm35块 20×40×10mm70块(九)焊条φ4mm 结422焊条25根 φ4mm 结507焊条15根 三、实验原理氢对焊接接头机械性能的影响极大。

氢不仅能在焊缝中生成气孔，而且是产生冷裂纹的主要原因之一。

氢致裂纹常带有延迟性，往往使焊件在工作一段时间以后开裂，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。

水可能以水汽的形式吸附在焊丝和工件的外表或混杂在保护气体内，也可以其它多种形式包含在金属外表的氧化膜、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外表的油污。

水和有机物在焊接高温下分解出氢，氢再以原子或质子的形式进入熔池，使焊缝金属或多或少地含有氢。

因此，焊缝金属的含氢量受到许多因素的影响。

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。

图2 氢在不同金属中的扩散系数D 与温度的关系图1 焊条烘干温度对焊缝含氢量H 0的影响 (低氢型低合金钢焊条，烘干时间均为两小时)氢对于不同金属材料的危害性是不同的。

焊接材料扩散氢含量检测方法
焊接中，液态金属中会吸收一定含量的氢，其中一部分在熔池凝固过程中逸出，在熔池快速冷却后，来不及逸出的氢会保留到最终焊缝中。

钢焊缝中，氢大多以原子或离子状态存在，这些半径相对较小的原子或离子可以在晶格中进行扩散，一般称之为扩散氢。

扩散氢会导致焊缝或热影响区产生冷裂纹，由于氢的扩散聚集需要一定时间，所以由于扩散氢造成的裂纹有时也会延迟出现，氢对焊缝的危害较大。

据测氢介质的不同，焊接材料扩散氢的测定方法主要有甘油法、水银法、气相色谱法三种。

1、甘油法
甘油价格便宜，但甘油的黏度较大，会存在小氢气泡不易上浮现象。

此外，甘油的密度要远小于水银密度，也会造成氢气泡逸出困难，所以，甘油法测得扩散氢含量远小于水银法，相差达30%，对于氢含量低的无法用甘油法。

一般焊接材料不采用该法。

2、水银法
测试原理与甘油法一样，特点是测氢介质为水银，其密度比甘油的大很多，氢气泡易上浮，测量结果较甘油法准确。

缺点为汞蒸汽有毒，试验装置必须严格密封，以保证人身安全。

由于该方法不利于环保，在欧美等国家，水银法已被禁止采用，如果在国外厂家采用焊材时，一般焊材制造厂家都不接受水银法测试扩散氢含量。

3、气相色谱法
利用气相法测定扩散氢，速度快，准确度高，但目前国内具备气相色谱法试验仪器的厂家不多。

一般来说，对同种焊条，水银法和气相色谱法测出的数据比较接近，而甘油法测出的结果相比前两者，误差较大，数据差别也很大。

而单位熔覆金属中测出的扩散氢量越多，则焊材的质量越不好，其产生冷裂纹的可能性就越大。

第1篇一、实验目的本次实验旨在通过测定焊缝熔敷金属中的扩散氢含量，了解焊缝金属中扩散氢的存在形式及其对焊接质量的影响。

同时，通过实验学习水银法和热导法测定扩散氢含量的基本原理和方法。

二、实验原理焊缝金属中的扩散氢主要来源于焊接材料、保护气体和母材。

氢在金属中主要以H 原子、H2分子或H-离子形式存在。

当焊缝金属冷却时，氢会从金属中析出，形成氢脆，导致焊接接头出现延迟裂纹。

本实验采用水银法和热导法测定焊缝金属中的扩散氢含量。

1. 水银法水银法是通过将焊缝金属中的氢与水银反应，根据水银体积的变化来测定扩散氢含量。

实验过程中，将试样加热至一定温度，使氢从金属中析出，并与水银反应生成氢化汞。

通过测量水银体积的变化，计算扩散氢含量。

2. 热导法热导法是通过测量焊缝金属中氢含量对热导率的影响来测定扩散氢含量。

实验过程中，将试样加热至一定温度，使氢从金属中析出。

通过测量试样热导率的变化，计算扩散氢含量。

三、实验材料及仪器1. 实验材料低碳钢板（13020、21520）、焊条（自制焊条4.0、J422、J507）2. 实验仪器测氢仪、集气管、交流电焊机、直流电焊机、试件夹具、远红外电焊条烘干箱、吹风机、钳子、榔头、钢丝刷、瓷盘、绒布、丙酮、乙谜、酒精、秒表等四、实验步骤1. 焊接试样将低碳钢板切割成一定尺寸的试样，分别用不同类型的焊条进行焊接。

焊接过程中，保持焊接电流、电压等参数稳定。

2. 试样处理焊接完成后，将试样放入远红外电焊条烘干箱中烘干，去除表面水分。

3. 水银法测定扩散氢含量（1）将试样放入集气管中，连接测氢仪。

（2）打开测氢仪，预热至规定温度。

（3）将试样放入恒温甘油浴中，保持一定温度和时间。

（4）观察水银体积的变化，记录数据。

4. 热导法测定扩散氢含量（1）将试样放入集气管中，连接测氢仪。

（2）打开测氢仪，预热至规定温度。

（3）将试样放入恒温甘油浴中，保持一定温度和时间。

（4）观察试样热导率的变化，记录数据。

焊缝金属中扩散氢含量的测定一、实验目的1、掌握测定焊缝扩散氢含量的一种方法。

2、了解手工电弧焊时影响焊缝扩散氢含量的几个因素。

二、实验内容1、在正常焊接条件下，比较J422、J507两种焊条焊缝的扩散氢含量；2、比较J422、J507两种焊条不烘与焊前烘干温度为200℃×2h的扩散氢含量。

三、实验准备1、试样材质选择与试验焊条强度等级相近的钢材。

2、试样尺寸为130×25×12mm，尺寸精度为±1mm，每组三个试样。

3、试样预先做去氢处理：在650℃保温1小时或250±10℃保温6-8小时。

4、试样去除氧化皮和锈。

编号、乙醇去水、丙酮去油。

清洗后的试样不得接触油水等物，称重精确至0.1g，记为G。

四、实验方法与步骤方法：焊缝扩散氢含量的测定可以采用几种不同的方法。

如甘油法、水银法等。

我国国家标准规定采用甘油法（GB3965-83）。

本次实验即采用甘油法，其测定装置如图1。

在整个测试过程中应使甘油槽内的温度恒定为45±1℃。

步骤：1、准备好焊机选用Φ4直径的焊条，调整好焊接规范，焊接电流比焊条生产厂家推荐的最大电流低15A，误差为±5A。

2、在准备好的试样中间堆焊一道长为115mm、宽为4mm的焊缝，焊接时采用短弧，焊接过程中若灭弧，则该试样作废。

3、停焊后2秒内将试样投入0-20℃的冷却水里摆动冷却，10秒后立即取出。

4、试样取出后清除飞溅物和渣皮，丙酮清洗迅速吹干后放入收集管内。

自试样焊完至放入收集管中的时间不超过60秒。

5、24小时后读取所测得的氢的体积，以ml表示。

6、取出试样洗净吹干，冷却后再称重，精确至0.1g ，记为G 1。

图1 甘油法测定扩散氢含量装置示意图五、实验设备和仪器1、交、直流焊机2、甘油法测定扩散氢含量装置（图1）3、天平、烘箱、温度计图2 试样及焊缝尺寸六、实验及实验报告要求1、严格按照指导书有关内容进行实验。

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E4303φ4mm；E5015 φ4mm 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。

焊条熔敷金属扩散氢测定标准
焊接是一种常见的金属加工方法，但焊接过程中会导致焊缝中的氢含量增加。

焊接后，焊接点中的氢会在热处理过程中释放出来，造成焊接点的脆化和裂纹。

因此，了解焊条熔敷金属（Weld Metal，WM）中的氢含量至关重要。

本文将介绍焊条熔敷金属扩散氢测定标准。

焊条熔敷金属扩散氢测定标准是根据ASTM E1447-16标准中的扩散氢测定方法而制定的。

该标准是一种用于测量焊条熔敷金属中溶解氢含量的试验方法，使用者可依据该标准中规定的步骤进行样品制备和测量，以确定焊接点中的氢含量。

ASTM E1447-16标准规定了以下试验步骤：
1. 样品制备：选择代表性的焊接点样品，将其切割成适当大小，并通过真空烘箱处理，使其达到最佳状态。

2. 扩散：将样品放入扩散室中，在一定的温度和压力下进行扩散，将焊接点中的氢移动到扩散室中。

3. 分析：将扩散室中的氢通过氢检测器进行检测，得出焊接点中的氢含量。

通过这种方法，可以快速、准确地测量焊条熔敷金属中的氢含量，为后续的焊接
工艺和热处理提供了重要的参考依据。

焊缝金属中可扩散氢含量的试验研究　Ξ刘忠杰1,肖　桐2,覃庆泽3(1.包头钢铁学院材料工程学院,包头014010;2.包头罗地亚稀土有限公司,包头014060;3.柳州五菱汽车股份有限公司,柳州545007)摘　要:焊缝金属中可扩散氢含量是影响焊接金属冷脆的主要原因之一,低氢焊条在干燥和非干燥的条件下采用手弧焊和半自动二氧化碳气体保护焊的焊接方法,经对焊缝金属中的氢含量进行试验研究,确定了低氢焊条、干燥条件、焊接方法对扩散氢的影响。

关键词:扩散氢;焊接方法;焊条中图分类号:TG44 文献标识码:A 文章编号:1004—244X (2003)05—0044—02 焊缝金属中的含氢量,是焊接产生延迟裂纹的主要因素之一。

为防止产生裂纹,除焊前、焊后采取必要的措施外,选用低氢型焊条和较为先进的焊接方法也是行之有效的方法。

本文对焊条和焊接方法及焊缝扩散氢的含量进行了研究。

为了测定焊缝金属中扩散氢含量的水平,本文采用了我国标准(GB3965-83)和日本标准[1](JISZ 3118:1999)规定采用甘油法进行了测定氢气的主要设备是甘油槽和集气瓶,如图1所示,甘油槽中的甘油温度恒定在45℃。

1.2　试验过程及要求(1)试验材料:试验材料选用Q235钢试件4个,试件尺寸:130mm ×25mm ×12mm 。

试件预先作去氢处理,250±10℃,6～8h 。

焊前试件磨去氧化图1　测定装置示意图皮和铁锈,用乙醇去水,乙醚去油,吹干后编号为No1～No4称重,结果见表1。

(2)焊接工艺条件:手弧焊使用的焊接设备为美国宝国公司生产的550/630SMP 多功能焊机,直流反接;焊接电流160～170A,焊接电压26～27V,焊接速度19.2cm/min,焊条熔敷长度115mm 。

半自动二氧化碳气体保护焊,所用焊接设备为日本松下YM-500S 型气保护焊机,直流反极性。

保护气体CO 2纯度为>99.5%,气体流量为20L/min 。

焊接材料扩散氢含量检测方法
焊接中，液态金属中会吸收一定含量的氢，其中一部分在熔池凝固过程中逸出，在熔池快速冷却后，来不及逸出的氢会保留到最终焊缝中。

钢焊缝中，氢大多以原子或离子状态存在，这些半径相对较小的原子或离子可以在晶格中进行扩散，一般称之为扩散氢。

扩散氢会导致焊缝或热影响区产生冷裂纹，由于氢的扩散聚集需要一定时间，所以由于扩散氢造成的裂纹有时也会延迟出现，氢对焊缝的危害较大。

据测氢介质的不同，焊接材料扩散氢的测定方法主要有甘油法、水银法、气相色谱法三种。

1、甘油法
甘油价格便宜，但甘油的黏度较大，会存在小氢气泡不易上浮现象。

此外，甘油的密度要远小于水银密度，也会造成氢气泡逸出困难，所以，甘油法测得扩散氢含量远小于水银法，相差达30%，对于氢含量低的无法用甘油法。

一般焊接材料不采用该法。

2、水银法
测试原理与甘油法一样，特点是测氢介质为水银，其密度比甘油的大很多，氢气泡易上浮，测量结果较甘油法准确。

缺点为汞蒸汽有毒，试验装置必须严格密封，以保证人身安全。

由于该方法不利于环保，在欧美等国家，水银法已被禁止采用，如果在国外厂家采用焊材时，一般焊材制造厂家都不接受水银法测试扩散氢含量。

3、气相色谱法
利用气相法测定扩散氢，速度快，准确度高，但目前国内具备气相色谱法试验仪器的厂家不多。

一般来说，对同种焊条，水银法和气相色谱法测出的数据比较接近，而甘油法测出的结果相比前两者，误差较大，数据差别也很大。

而单位熔覆金属中测出的扩散氢量越多，则焊材的质量越不好，其产生冷裂纹的可能性就越大。