45℃甘油法測(cè)定焊縫中擴(kuò)散氫

4545℃甘油法測(cè)定焊縫中集中氫試驗(yàn)?zāi)康囊?、試?yàn)?zāi)康?23、了解焊縫金屬中集中氫測(cè)定的其他方法。二、 試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)材料1、KQ-3型測(cè)氫儀 1臺(tái)2、集氣管 12根3、溝通電焊機(jī)BX3-300型 1臺(tái)4、直流電焊機(jī)WSM-160型 1臺(tái)5、試件夾具 1個(gè)6、遠(yuǎn)紅外電焊條烘干箱 1臺(tái)7、吹風(fēng)機(jī)、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×〔10～12〕mm引、收弧板 40×20×〔10～12〕mm9、焊條，自制焊條，Φ4.0J422，Φ4.0；J507，Φ4.0三、 試驗(yàn)原理1H，HH由于氫半徑小，一局部氫在焊縫金屬的晶格中自由集中，而成為集中氫，剩余局部集中聚攏到晶格缺陷、顯微裂紋和非金屬夾雜物邊緣的空隙中，結(jié)合為分子，體積變大而不能自由集中，稱之為剩余氫。氫對(duì)構(gòu)造鋼的主要危害由兩個(gè)方面：I、暫態(tài)性危害，這類現(xiàn)象在經(jīng)過時(shí)效處理或熱處理之后，可以消逝，如氫脆，氫白點(diǎn)。氫脆現(xiàn)象與低溫脆性相比有以下明顯特征：〔-60～60℃圍都將恢復(fù)塑性。⑵在確定載荷下，破壞過程與應(yīng)變速率具有延遲特征，延遲的時(shí)長(zhǎng)又與載荷大小有關(guān)。⑶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)。100K〔-173℃〕時(shí)塑性反而開頭恢復(fù)，并不再有氫脆消滅。II、永久性危害，這類現(xiàn)象一旦產(chǎn)生，則是不能消退的，且危害性是相當(dāng)嚴(yán)峻的，如氫氣孔和冷裂紋。2由于焊接方法不同，導(dǎo)致氫向金屬中溶解的途徑也不一樣。對(duì)于手弧焊，氫主要以兩個(gè)途徑進(jìn)入焊縫金屬中。⑴氫通過氣相與液相金屬的界面以原子或質(zhì)子的形式被吸附后溶入金屬中。⑵氫是通過熔渣層以集中形式溶入金屬中。焊接時(shí)，氫主要來源于焊接材料中的水分，含氫物質(zhì)，電弧四周空氣中的水蒸氣和母材坡口外表上的鐵銹油污等雜質(zhì)。3焊縫金屬中的氫含量，因集中的緣由是隨時(shí)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(cuò)密度，這樣將捕獲到不同量的氫。爭(zhēng)論說明，在焊根及焊趾等有缺口效應(yīng)部位往往存在氫的聚攏，將直接影響冷裂紋的產(chǎn)生。同時(shí)還說明，氫的聚攏開頭于焊后約60秒〔20mm〕100～150℃，1～2氫在不同的金屬中具有不同的集中性能，這可用一個(gè)集中系數(shù)d表示，且d78～200℃d與溫度T6.75d1.82102e T對(duì)于同一種金屬的不同組織構(gòu)造而言，氫也具有不同的集中性能，表1所列為在鋼的不同組織中氫的集中性能。組織1氫在不同組織中的集中氫能鐵素體〔F〕集中系數(shù)索氏體(S) 貝氏體(B)〔B〕馬氏體(M)奧氏體〔A〕(cm2/s)4.0×10-7 3.5×10-7 3.2×10-72.5×10-72.1×10-12(4)、集中氫的測(cè)量目前，集中氫的測(cè)定方法有三種，即甘油法，水銀法和氣相色普法。目前，我國(guó)將甘油法和氣相色普法等同起來使用。三種測(cè)試方法各有優(yōu)劣。本試驗(yàn)是針對(duì)甘油法進(jìn)展，對(duì)其他兩種方法作一些簡(jiǎn)潔簡(jiǎn)介。1所示。由金屬外表集中溢出的微小氫氣泡必需通過收集介質(zhì)浮升到集氣管頂確定的物理和化學(xué)性能。具體要求是：對(duì)氫的溶解度較小，具有低的蒸汽壓力，化學(xué)穩(wěn)定性好，對(duì)人體無害和液體的粘度值低及價(jià)格廉價(jià)。目前所用的介質(zhì)有：甘油，石蠟油，酒精，水銀。20molKCO以及硅11排液法收集氫氣油等。酒精則可能溶解氫且簡(jiǎn)潔揮發(fā)，因此，沒有一種介質(zhì)能完全滿足要求。甘油是國(guó)內(nèi)和日本廣泛應(yīng)用的介質(zhì)，主要在于操作簡(jiǎn)潔，國(guó)際上多承受水銀，但需重視兩個(gè)方面：⑴收集器需要特別設(shè)計(jì)，防止試件浮在水銀外表。⑵操作時(shí)要嚴(yán)格防止水銀蒸汽外溢，以防中毒。甘油因其粘度大，氫氣泡的上浮條件及浮升速度都較水銀介質(zhì)差，且又因局部微小的氣泡懸浮在甘油中或粘附于工件外表和集氣管壁，而不能浮升到集氣管頂部影響到測(cè)量結(jié)果。特別對(duì)于一些低氫或超低氫的狀況測(cè)量影響精度更大。針對(duì)這一問題，天2所示。有關(guān)爭(zhēng)論說明：甘油測(cè)氫法與水銀測(cè)氫法在結(jié)果存在如下關(guān)系式甘水

0.68H水0.68H甘

1.20.61〔注：以上兩式來自不同資料。天大甘油測(cè)法與國(guó)標(biāo)甘油測(cè)法存在如下關(guān)系：國(guó)

0.76H天大

1.92甘油法測(cè)試方法將測(cè)的集中氫體積〔ml〕100g熔敷金屬中析出的集中氫含量，其計(jì)算公式如下：H

V PT100( ) 0擴(kuò) G G PT1 0 0式中H

100g熔敷金屬中的集中氫含量。擴(kuò)V—集氣管中收集的集中氫氣量；P—標(biāo)準(zhǔn)大氣壓〔760mmHg〕0P—試驗(yàn)環(huán)境大氣壓；T—標(biāo)準(zhǔn)大氣的溫度〔273；0T—集氣管內(nèi)的溫度〔；G—試件原始重量〔g〕0G—試件焊后的重量〔g〕評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)熔敷金屬中含氫量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)熔敷金屬中含氫量高>15很低≤5中≤15評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)熔敷金屬中含氫量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)熔敷金屬中含氫量高>15很低≤5中≤15但>10低≤10但>5編引、收標(biāo)準(zhǔn) 試驗(yàn)材料 材料熱處理 試件尺寸號(hào) 弧板試件材質(zhì)與試6501小時(shí)GB3965編引、收標(biāo)準(zhǔn) 試驗(yàn)材料 材料熱處理 試件尺寸號(hào) 弧板試件材質(zhì)與試6501小時(shí)GB3965—I驗(yàn)焊條強(qiáng)度等250±10℃保溫130×25×12有83級(jí)相近6～8試焊條焊接標(biāo)準(zhǔn)入水前片堆焊長(zhǎng)度/消耗型號(hào) 直徑 U(V) I(A) 時(shí)間試焊條焊接標(biāo)準(zhǔn)入水前片堆焊長(zhǎng)度/消耗型號(hào) 直徑 U(V) I(A) 時(shí)間數(shù) 焊條長(zhǎng)度4E4303ф4.021～25推舉值+15115/15024E5015ф4.021～23同上115/1502注：⑴試驗(yàn)前焊條按生產(chǎn)廠的規(guī)定烘干，但不允許重復(fù)烘干使用；⑵在試驗(yàn)前，試樣應(yīng)去除氧化皮和鐵銹，用乙醇去水，丙酮去油，清洗后的試樣不得接觸油，水等物，隨后進(jìn)展編號(hào)。⑶極性選擇按說明書規(guī)定，交直流兩用的焊條承受溝通焊接。四、 KQ—3型測(cè)氫儀的工作原理及使用方法該儀器專用甘油法恒溫收集和測(cè)定熔敷金屬中集中氫量，可以同時(shí)進(jìn)展十二個(gè)試樣的集中氫的測(cè)定。該裝置能保持甘油的溫度恒定，并有把握溫度的“報(bào)警”和“切斷”裝置。裝置電路如以以下圖３所示。電熱絲阻R供甘油加熱用，電流受到可控硅SCR1～2

的把握。甘油的溫度是由水銀觸點(diǎn)溫度計(jì)去把握可控硅的導(dǎo)通或關(guān)斷來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恒溫調(diào)整。當(dāng)甘油的45溫度計(jì)的接點(diǎn)導(dǎo)通，使單結(jié)晶DGDG導(dǎo)通，則脈沖變壓器無脈沖輸出，可控硅即被關(guān)斷而停頓加熱，反之，可控硅被觸發(fā)導(dǎo)通，對(duì)甘油加熱，這樣能保持甘油的溫度恒定。局部的電路，假設(shè)可控硅元件被擊穿而甘油溫度連續(xù)上升，

圖3 KQ-3形測(cè)氫儀電器原理圖48℃時(shí)溫度計(jì)WJ觸點(diǎn)2SCR3使用方法：

導(dǎo)通，電鈴DL45℃48℃上。②把“把握”局部斷開，再把“報(bào)警—切斷”至于“報(bào)警”位置，用一根小導(dǎo)線將兩個(gè)報(bào)警端短路，試驗(yàn)電鈴是否響。③把儀器平放于工作臺(tái)上，油槽內(nèi)注入甘油，油位線應(yīng)在兩接線柱以下10～20mm處為宜。閉合照明開關(guān)，日光燈亮，表示已接通電源，開啟電源開關(guān)，綠色和紅色兩個(gè)指示燈量，表示電熱絲已經(jīng)開頭工作，油溫開頭上升。④待油溫升值45℃并保持穩(wěn)定，即可開頭進(jìn)展測(cè)氫試驗(yàn)。五、 焊縫金屬集中氫測(cè)定技術(shù)簡(jiǎn)介1、快速、靈敏、精度高，測(cè)定范圍寬，而且可排解由于各種緣由混入的空氣的干擾，測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確牢靠。2、在高氫測(cè)定范圍和超低氫測(cè)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)?！惨?、氣相色普法測(cè)定原理利用不同物質(zhì)在兩相中具有不同的安排系數(shù)〔或吸附系數(shù)、滲透性這些物質(zhì)在兩相中進(jìn)展屢次反復(fù)安排而實(shí)現(xiàn)分別的，因流淌相為氣體，故稱為氣相色普法?！捕庀嗌辗y(cè)氫過程用純氬氣作為載氣〔流淌相，將取樣器試樣桶內(nèi)的氫氣〔由焊縫熔敷金屬試樣中集中出來的載入色譜分別注中進(jìn)展分別，分別出的氫氣被進(jìn)一步載入熱導(dǎo)池進(jìn)展檢測(cè)，熱導(dǎo)池檢出的氫的電信號(hào)經(jīng)放大、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(cè)氫氣的量?！踩?、HD—3型集中氫測(cè)定儀的構(gòu)成、工作條件和校正HD—3型集中氫測(cè)定儀由取樣器和專用氣相色譜儀構(gòu)成。⒈取樣器由試樣桶和轉(zhuǎn)換閥組成，試樣桶共有5個(gè)，與轉(zhuǎn)換閥之間有通道連接，每個(gè)試樣桶中可裝入一40×25×12〔mm〕的試板，其中四個(gè)試桶中分別裝入一塊待分析試板，而另一個(gè)試樣桶用來作為氣相色譜儀的載氣通路，此桶中裝入一塊已分析過的試板，目的在于使儀器在校正和分析時(shí)處于同樣的氣路狀況，提高分析的準(zhǔn)確度。⒉專用氣相色譜儀典型的氣相色譜儀由五個(gè)局部組成：①載氣系統(tǒng)，包括氣源和流量的調(diào)整與測(cè)量元件等；②進(jìn)樣系統(tǒng)：包括取樣器；③分別系統(tǒng)：主要是色譜柱；④檢測(cè)、記錄系統(tǒng)，包括檢測(cè)器和記錄器；⑤關(guān)心系統(tǒng);包括溫控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等。這里著重講一下分別系統(tǒng)和檢測(cè)、記錄系統(tǒng)。色譜注是色譜儀的分別系統(tǒng)，試樣中各組分的分別是在色譜柱中進(jìn)展的，因此是核心局部。色HD—3型中用的分別柱〔填充柱〕加以說明?！不虿ＡА?m〔H—3為Φm1～3m〔2.5m〕,柱內(nèi)裝有固定相〔包括固體固定相和液體固定相兩種〕HD—330～40目5A分子篩固體吸附劑。該吸附劑主要用于惰性氣體、H、O N CO CH等一般氣體及低沸點(diǎn)2 2、 2、 2、 4有機(jī)物的分析，其特點(diǎn)是：吸附容量大，熱穩(wěn)定性好，價(jià)格廉價(jià)。但是，柱的效率低，吸附劑活性易中毒。因此使用前要進(jìn)展活化處理，然后再裝入柱內(nèi)制成填充柱使用。活化處理方法：粉碎過篩550～6004小時(shí)。檢測(cè)系統(tǒng)：從色譜柱流出的各個(gè)組分，通過檢測(cè)器把濃度信號(hào)變成電信號(hào)，經(jīng)放大后送到記錄器得到色譜圖。HD—3型儀所用檢測(cè)器為熱導(dǎo)檢測(cè)器。熱導(dǎo)檢測(cè)器〔TCD〕由熱導(dǎo)池池體和熱敏元件組成。熱敏元件是兩根電阻值完全一樣的金屬絲〔鎢絲或鉑絲氣從兩個(gè)熱敏元件帶走的熱量一樣，兩個(gè)熱敏元件的溫度變化是一樣的，其電阻值變化也一樣，電橋處于平衡狀態(tài)。假設(shè)樣品氣混在載氣中通過測(cè)量池，由于樣品氣和載氣熱導(dǎo)系數(shù)不同，兩邊帶走的熱量不相等，熱敏元件的溫度和阻值的變化也就不同，從而使得電橋失去平衡，記錄器上就有信號(hào)產(chǎn)生。被測(cè)物質(zhì)與載氣的熱導(dǎo)系數(shù)相差約大，靈敏度也就愈高，載氣流量和熱絲溫度對(duì)靈敏度也有較大的影響。HD—34×100Ω45mA。⒊儀器校正儀器用純氬進(jìn)展校正，通過儀器內(nèi)裝的校正閥將純氬引入色譜儀測(cè)量系統(tǒng)。引入的校正氬的量即校正閥計(jì)量腔的容積。經(jīng)過溫度和壓力校正后的值，按下式算出：PV 0 T1

T 01 P0V—校正氬氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積，ml0P1PaT1—室溫V—校正氬氣在室溫存大氣壓下的體積，即校正閥計(jì)量腔容積，ml1T0—273KP0—101325Pa校正時(shí)數(shù)字電壓表上顯示出的值應(yīng)是V0的數(shù)值六、 試驗(yàn)方法及步驟測(cè)氫試驗(yàn)的根本操作過程和步驟如下：焊前預(yù)備—焊接—水冷—清洗—吹干并放入氣體收集器。⒈焊前預(yù)備130×20×1240×20×12250±106～8去氫處理，然后清理外表，去除氧化物，用乙醇去水，乙謎去油，吹干冷卻。把每個(gè)試件打鋼印進(jìn)展0.1gG0⒉焊接將試件和引、收弧板放在試件夾具臺(tái)上預(yù)備焊接。焊接過程中盡可能承受短弧焊，絕不允許中間滅弧，以免產(chǎn)生弧坑。假設(shè)發(fā)生滅弧，則試件作作廢。焊接標(biāo)準(zhǔn)，見前面技術(shù)要求。⒊水冷20～20℃10秒后取出。⒋清洗試件從水中取出后，快速去除焊渣及其它臟物，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。⒌吹干和放入氣體收集器將去水和除油的試件擦凈并吹干〔留意吹干時(shí)，確定要用冷風(fēng)，以免焊縫中氫的溢出〕。把試件馬上放入氣體收集管內(nèi)。試件從焊接完到放入收集器的全部操作過程，要求在100秒內(nèi)完成。試件在45℃恒溫下放值72小時(shí)，便可認(rèn)為集中氫已大致全部溢出。依據(jù)集氣管中甘油柱的液面所對(duì)應(yīng)的刻度，就可讀出集中VT,試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的氣壓P0 0G1⒍依據(jù)前述的公式，計(jì)算出[H]。擴(kuò)以同樣的標(biāo)準(zhǔn)和條件按上述程序重復(fù)作三個(gè)，測(cè)定結(jié)果以取四個(gè)試件的集中氫量的平均值。為了了解工藝因素對(duì)[H]擴(kuò)

的影響，試驗(yàn)應(yīng)包括以下內(nèi)容：了解焊條烘焙影響七、 試驗(yàn)結(jié)果的整理和分析試驗(yàn)可分組進(jìn)展，把試驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果填入表5中，要求對(duì)全部試驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果進(jìn)展整理分析。依據(jù)列表整理的熔敷金屬中的集中氫含量[H] 繪圖表示出焊條種類，烘干溫度，清理程度以及擴(kuò)長(zhǎng)弧焊和短弧焊等對(duì)[H] 的影響，并對(duì)以上的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)展簡(jiǎn)要分析。八、 思考題擴(kuò)擴(kuò)〔一、用甘油法測(cè)