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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。
焊接过程氢扩散的数值分析102060054曾鹏摘要：采用ABAQUS有限元分析软件对氢在不均质焊接接头的扩散进行了模拟计算，结果表明，对20MnNiMo钢焊接接头，随时间延续，焊缝金属中的氢浓度逐渐降低，而熔合区以外区域氢的浓度经历了一个峰值变化过程。
由于焊接接头不同部位氢的扩散系数和溶解度不同，一定时间以后热影响区中的氢浓度超过焊缝金属和母材；预热使焊缝金属中的氢浓度快速降低，并缩短热影响区出现峰值浓度的时间；后热可加速氢从焊接接头的逸出，降低热影响区氢浓度峰值并缩短其出现时间。
1.序言焊接氢致裂纹是低合金钢焊接时最容易产生，而且危害最为严重的焊接工艺缺陷，它常常是焊接结构失效破坏的主要原因。
因此，评定焊接氢致裂纹敏感性，预防氢致裂纹的产生一直是低合金高强度钢焊接性和焊接工艺研究的最重要内容之一。
大量研究工作表明，焊接区扩散氢含量、结构的拘束应力水平及淬硬组织的存在是氢致裂纹产生的三个主要因素。
当下述四种条件同时存在时，焊接氢致裂纹将可能发生[1]。
（1）扩散氢含量达到临界浓度；（2）足够大的应力强度；（3）对氢敏感的组织结构；（4）温度低于200℃左右。
由于氢原子体积小、活性强，即使在较低的温度下氢在金属中也有较强的扩散能力，因此焊接接头微区中的瞬态氢含量是难以测定的。
尽管国内外学者对焊接接头微区氢测定技术进行过多种尝试，但是迄今为止尚无成熟测试技术可以用于焊接接头微区中的瞬态氢含量测定。
由于缺乏焊接接头微区中瞬态氢含量的数据，目前尚不能提出氢致开裂的准确判据，也难以深入地认识氢致裂纹产生的机制。
如何确定氢致裂纹产生的临界氢浓度，如何准确地预测氢致裂纹产生的时间和位置仍然是焊接界的一个难题。
近年来，随着计算机技术的发展，采用数值分析的手段对焊接过程中氢的扩散和聚集行为进行分析受到各国焊接学者的普遍重视，先后发了一些文章[2]，其中大部分对氢的计算分析是基于Fick第二定律，即将焊接接头假定为一个均匀介质，氢扩散的驱动力是氢的浓度梯度。
焊条原始状态对焊缝金属中扩散氢含量的影响黄景鹏;徐学利;郑梗梗;罗立辉【摘要】选用E5015、E8515和E9018三种焊条,分别在常温、200℃×1h,400℃×1 h三种烘焙温度下分析研究焊缝金属中扩散氢含量.结果表明:随着焊条烘焙温度的升高以及熔敷金属抗拉强度的增大,焊缝金属中扩散氢的含量逐渐减少;常温状态下的焊条其焊缝中马氏体和上贝氏体比烘焙条件下的多;E5015焊条和E8515焊条,其焊缝中板条状铁素体多于E9018焊条,而粒状贝氏体少于E9018焊条.【期刊名称】《电焊机》【年(卷),期】2017(047)001【总页数】4页(P116-119)【关键词】低合金钢;碱性焊条;烘焙温度;熔敷金属;扩散氢【作者】黄景鹏;徐学利;郑梗梗;罗立辉【作者单位】西安石油大学材料科学与工程学院,陕西西安710065;西安石油大学材料科学与工程学院,陕西西安710065;西安石油大学材料科学与工程学院,陕西西安710065;西安石油大学材料科学与工程学院,陕西西安710065【正文语种】中文【中图分类】TG422.1氢致裂纹是石油管道高强钢焊接过程中经常遇到危害性极大的焊接缺陷，其中焊缝中的扩散氢是其产生的主要原因[1]。
随着现代石油管道工程中所用钢材强度越来越高，采用低氢高韧性焊接材料可降低氢致裂纹的产生几率，还能很大程度上降低对工艺条件的要求。
近年来，国内外都在着手于研究扩散氢，并在扩散氢的作用、测量方法及影响因素等方面取得了不少研究成果[2-5]。
在此采用不同焊条在不同的烘焙温度下测量熔敷金属中的扩散氢，并研究其对扩散氢含量的影响。
根据标准GB3965-83，采用甘油法测定焊接接头中扩散氢的含量。
选用直径4 mm的三种碱性焊条（E5015、E8515、E9018）以及三种烘焙温度（常温、200℃×1 h、400℃×1 h）作为实验条件。
试板为Q235钢，板厚4 mm。
实验2 熔敷金属中扩散氢测定一、实验目的1、了解熔敷金属扩散氢含量的测试方法都有哪些。
2、掌握甘油置换法测定熔敷金属中扩散氢的含量的方法。
3、整理两种焊接方法获得扩散氢的量，分析原因。
二、实验内容采用甘油置换法测定手工电弧焊和CO2气体保护焊熔敷金属中扩散氢的含量。
三、实验步骤1、试板准备：1）试板及引弧板、引出板的材质为碳素结构钢或低合金钢。
试件低碳钢板：130×20×（10～12）引收弧板：40×20×（10～12）3）试板及引弧板、引出板预先作去氢处理，加热400-650℃，保温1h，然后再250±10℃情况下保温约6小时。
4）试板及引弧板、引出板的群补表面应进行加工，保证光滑和清洁。
2、焊接材料的准备1）选择直径为Φ3.2mm的焊条，并按照焊条制造厂推荐的条件进行烘干，焊条不能互相接触，不能与其它焊条混烘。
2）从烘箱中取出的焊条应立即使用。
3）焊丝选择Φ1.2mm或Φ1.6mm的焊丝。
4)保护气体选择混合气。
3、试样制备1）焊接前引弧板、试板引出板按照长度方向排列组成，用夹具固定，按照图1进行焊接。
中间个试样须做标记和称重（精确至0.1g）。
2）在室温下进行焊接，焊接规范按照下面的规定进行。
3）试件焊接完成后2s内放到冰水中摆动冷却，冷却10s后立即取出，用机械方法取出引弧板和引出板，清除飞溅物和熔渣，经丙酮清洗吹干后，放入充满甘油的收集器中，进行测定。
4、测氢试验的基本操作过程和步骤如下：焊前准备—焊接—水冷—清洗—吹干并放入气体收集器。
1）焊前准备将尺寸为20×130×12的试件和40×20×12的引、收弧预先在250±10℃加热6～8小时作去氢处理，然后清理表面，去除氧化物，用乙醇去水，乙谜去油，吹干冷却。
把每个试件打钢印编号，然后用感量为0.1g 的天平称出试件的原始重量G 0。
2）焊接将试件和引、收弧板放在试件夹具台上准备焊接。
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。
熔敷金属中扩散氢测定方法标准化现状与分析作者：姜英龙杨子佳宋北孙晓梅袁红贾蒙来源：《机械制造文摘·焊接分册》2020年第03期摘要：文中首先對国内外现行的、具有代表性和权威性的熔敷金属扩散氢测定标准进行了系统的梳理和总结。
并从试验用试块状态及精度、焊接工艺参数要求、试件焊接的操作要点和焊后的处理要求、各种收集方法的优缺点等角度对各标准之间的差异性进行了对比分析。
最后，针对标准中推荐的具体试验方法，明确了具体操作时应注意的细节。
结果表明，标准之间的一致性、差异性有助于实际工作中对标准的选择和使用，有利于标准化工作的持续改进。
关键词：扩散氢; 对比; 标准化; 测定方法中图分类号： TG 47Abstract： In this paper， the current representative and authoritative standards for determination of diffusion hydrogen for deposited metals are systematically summarized.The differences among the standards are compared and analyzed from aspects of the status and dimensional accuracy of the test block， the requirements of welding process parameters， the operation points of the test piece and the treatment requirements after welding， and the advantages and disadvantages of various collection methods. Finally， according to the specific test method recommended in the standard， the details that should be paid attention to in the specific operation are clarified. Through this paper， the consistency and difference between the standards are clarified，which is conducive to the selection and use of standards by inspectors and the continuous improvement of standardization.Key words： diffusion hydrogen; comparison; standardisation; determination method0 前言焊接熔敷金属中扩散氢含量对焊接接头中氢含量分布具有重要影响，在相同拘束条件下的高强钢接头中，扩散氢含量越高越容易产生延迟裂纹，所以焊接熔敷金属中扩散氢含量的控制与检测愈加重要。
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
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)
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、固态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： [H]总＝[H]扩十[H]残
式中[H]总——焊缝金属中总的含氢量mL ／100g ； [H]扩——金属凝固后氢的扩散析出量mL ／100g ； [H]残——残留在固态金属中的残余氢量mL ／100g 。
显然，[H]扩和[H]残是氢致裂纹的主要根源，[H]扩随着固态金属的冷却不断地由金属内部扩散至表面而逸出，其扩散过程和扩散量的多少对裂纹的发生和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 又都随温度的降低而减小。
在78—200。
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。
T
e
D 75.621082.1-
-⨯=
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1—1所示。
表1氢在不同组织中的扩散系数
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量测的氢有所影响，必须要求收集介质具有一定的物理和化学性能，这些要求是：对氢的溶解度较小，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，也要求价格低廉。
目前试验用的介质一般有甘油、石腊油、酒精、水银、20m01·K 2CO 3以及硅油等。
甘油和石腊油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)和国际标淮组织(1SO)
亦规定用水银作为收集介质。
因为水银的比重大于一般试件材
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，操作时必需严格防止水银蒸汽外溢。
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%，所以甘油法测得的〔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2列出了我国关于用甘油法测定扩散氢的技术条件。
表3为扩散氢的评定标准。
测得的扩散氢体积(mL)首先要换算成温度为0℃、标准大气压(760mm 汞柱)下的氢体积，再算出100g 熔敷金属中析出的扩散氢含量，其计算公式如下：
图3 气体收集器
T
P PT
G G V 0001)(
100[H]-=扩(mL ／100g)
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体量(mL)； P 0——标准大气压(760mm 汞柱)； P ——试验环境大气压(汞柱高mm)；
T 0——标准大气的温度(273K)； T ——集气管内的温度(K)； G 0——试件原始重量(g)； G 1——试件焊后的重量(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——水冷———清洗——吹干并放入气体收集器。
（一）焊前准备将尺寸为20×70×10mm的试件和20×40×10mm的引弧板及收弧板先在250±10℃加热6—8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，吹于冷却。
把每个试件打钢印编号，然后用感量为1／10g的天平称出每件的重量G0。
(二)焊接将试件及引弧板、收弧板放在试件夹具台上进行焊接(图４)。
焊接过程尽可能采用短弧焊，绝不允许中间灭弧，以免产生弧坑。
如发生灭弧，则该试件作施焊时建议采用表４的焊接规范。
图４测氢试件夹具示意图
1-引弧板；2-试板；3-收弧板；4-弹簧；
5-手把；6-铜垫板；7-夹具支架；
表４焊接规范
(三)水冷停焊后5s内立即将试件投入0～20℃的水中急冷并摆动试件，避免局部温度过高，10s以后取出。
(四)清洗试件从水中取出后，迅速清除焊渣及其它脏物，然后用铁锤敲断引孤板和收弧板，把中间的一段试件擦干并用酒精去水、乙醚去油。
(五)吹干和放入气体收集器将去水和除油的试件擦净并吹干（注意吹于时一定要用冷风，以免焊缝中氢的逸出），立即放入气体收集器内。
试件从焊完到放入收集器的全部操作过程，要求在60s内完成。
试件在45℃恒温下放置24h，便可认为扩散氢已大致全部逸出。
根据集气管中甘油柱液面的刻度，就可以读出扩散氢量Ｖ。
这时，要记录恒温集气箱的温度ｔ，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(1－1)，计算出[H]扩。
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[Ｈ]扩的影响，实验应包括以下内容：
1．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[H]扩。
2．用未烘焙和以350℃保温2小时烘焙的结507焊条，分别在未经清理的和经过严格
清理的试件上堆焊，测定熔敷金属的[H]扩。
3．用未经烘干的结422焊条以直流反接在未经清理的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
[H]扩。
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５中。
要求对全部试验数据和结果进行整理分析。
根据列表整理的熔敷金属中的扩散氢含量[Ｈ]扩，绘图表示出焊条种类、烘干程度、清理程以及长弧焊和短弧焊等对[Ｈ]扩的影响，并对以上的试验结果进行简要分析。
六、思考题
(一)用甘油法测得的熔敷金属中[Ｈ]扩的精度及影响精度的因素。
(二)在甘油法测氢操作过程中，有哪些程序对[Ｈ]扩的测定结果有较大影响，在操作时必须严格掌握？。
