扩散氢
一、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、掌握甘油法测定扩散氢的方法；
3、了解焊缝金属中扩散氢测定的其他方法。
二、实验装置及实验材料
1、KQ-3型测氢仪1台
2、集气管12根
3、交流电焊机BX3-300型1台
4、直流电焊机ZX7-160型1台
5、试件夹具1个
6、远红外电焊条烘干箱1台
7、吹风机、钳子、榔头、钢丝刷、瓷盘、绒布、丙酮、乙谜、酒精、秒表等
8、试件低碳钢板130×20×（10～12）
引收弧板40×20×（10～12）
9、焊条，自制焊条Φ4.0;J422Φ4.0;J507Φ4.0
三、实验原理
1、氢在焊缝金属中存在形式及危害
在金属焊缝中，氢大部分是以H,H+或H-形式存在的，他们与焊缝金属形成间隙固溶体。由于氢半径小，一部分氢在焊缝金属的晶格中自由扩散，而成为扩散氢。剩余部分扩散聚集到晶格缺陷、显微裂纹和非金属夹杂物边缘的空隙中，结合为分子，而不能自由扩散，称之为残余氢。
氢对结构钢的主要危害由两个方面：
I暂态性危害，这类现象在经过时效处理或热处理之后，可以消失。如氢脆，氢白点。
氢脆现象与低温脆性相比有以下明显特征：
⑴氢脆只出现在较窄的温度范围内（低合金高强钢约为-60～60℃），高于或低于这个温度范围都将恢复塑性。
⑵在一定载荷下，破坏过程与应变速率具有延迟特征，延迟的时长又与载荷大小有关。
⑶氢脆现象与氢在金属中固溶的程度及是否形成氢化物等无关。
⑷低于100K（-173℃）时塑性反而开始恢复，并不再有氢脆出现。
II永久性危害，这类现象一旦产生，则是不能消除的，且危害性是相当严重的，如气孔和冷裂纹。
2、氢的产生及来源
由于焊接方法不同，导致氢向金属中溶解的途径也不相同。对于手弧焊，氢主要以两个途径进入焊缝金属中。
⑴氢通过气相与液相金属的界面以原子或质子的形式被吸附后溶入金属中。
⑵氢是通过熔渣层以扩散形式溶入金属中。
焊接时，氢主要来源于焊接材料中的水分，含氢物质，电弧周围空气中的水蒸气和母材坡口表面上的铁锈油污等杂质。
3、焊接接头氢的瞬间分布于扩散
?焊缝金属中的氢含量，因扩散的缘故是随时间变化的，在接头不同部位，因存在不同塑性变形量，而有不同的位错密度，这样将捕捉到不同量的氢。研究表明，在焊根及焊趾等有缺口效应部位往往存在氢的聚集，将直接影响冷裂纹的产生。同时还表明，氢的聚集开始于焊后约60秒（室温下板厚20mm）约冷至100～150℃，在焊后1～2小时达到最大值之后逐渐耗散。
?氢在不同的金属中具有不同的扩散性能，这可用一个扩散系数d表示，且d是一个随温度变化的量。在78～200℃温度范围内，氢在钢中的扩散系数d与温度具有如下关系：
?对于同一种金属的不同组织结构而言，氢也具有不同的扩散性能，下表所列为钢的不同组织中氢的扩散性能。
(4)、扩散氢的测量
目前，扩散氢的测定方法有三种，即甘油法，水银法和气相色普法。目前，我国将甘油法和气相色普法等同起来使用。三种测试方法各有优劣。本实验是针对甘油法进行，对其他两种方法作一简介。
由于扩散氢的含量很少，因此常用气体排液法把扩散氢收集到一个密闭的集气管内测量。如图1所示
由金属表面扩散溢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测量结果有影响，必须要求介质具有一定的物理和化学性能。具体要求是：对氢的溶解度较小，具有低的蒸汽压力，化学稳定性好，对人体无害和液体的粘度值低及价格便宜。
目前所用的介质有：甘油，石蜡油，酒精，水银。20molK2CO3以及硅油等。
甘油和石蜡油的主要缺点是粘度大；水银有害于人体健康，且价格昂贵；酒精则可能溶解氢且容易挥发，因此，没有一种介质能完全满足要求。
?甘油是国内和日本广泛应用的介质，主要在于操作简单，国际上多采用水银，但需重视两个方面：
?⑴收集器需特殊设计，防止试件浮在水银表面。
?⑵操作时要严格防止水银蒸汽外溢，以防中毒。
?甘油因其粘度大，使氢气泡的上浮条件及浮升速度都较水银介质差，且又因部分微小的气泡悬浮在甘油中或粘附于工件表面和集气管壁，而不能浮升到集气管顶部影响测量结果。特别对于一些低氢或超低氢状况的测量。针对这一问题，天津大学从收集方式加以解决，克服了精度低的弊端，如图2所示。
?有关研究表明：甘油法测氢与水银法测氢结果存在如下关系式
?天大甘油测法与国标甘油测法存在如下关系
?注：⑴试验前焊条按生产厂的规定烘干，但不允许重复烘干使用；
?⑵在试验前，试样应去除氧化皮和铁锈，用乙醇去水，丙酮去油，清洗后的试样不得接触油，水等物，随后进行编号。
?⑶极性选择按说明书规定，交直流两用的焊条采用交流焊接
KQ—3型测氢仪的工作原理及使用方法
该仪器专用甘油法恒温收集和测定熔敷金属中扩散氢量，可以同时进行十二个试样的扩散氢量的测定。该装置能保持甘油的温度恒定，并有控制温度的“报警”和“切断”装置。
装置电路如下图所示。
电热丝阻R工甘油加热用，电流受到可控硅SCR1～2的控制。甘油的温度是由水银触电温度计去控制可控硅的导通或关断来实现自动恒温调节。当甘油的温度达到给定值45℃时，接点温度计的接点导通，使单结晶体管DG的发射极短路，DG停止导通，则脉冲变压器无脉冲输出，可控硅即被关断而停止加热，反之，可控硅被触发导通，对甘油加热，这样能保持甘油的温度恒定。
图右侧部分为故障报警部分的电路，如果可控硅元件被击穿而甘油温度继续升高，当升到48℃时温度计WJ2触点导通，可控硅SCR3导通，电铃DL进行报警，如在夜间，可置于“关断’位置，以防止发生事故。
使用方法：
①把温度计上边的磁顶丝放松，把温度计调至45℃上，把报警温度计调至48℃上。
②把“控制”部分断开，再把“报警—切断”至于“报警”位置，用一根小导线将两个报警端短路，试验电铃是否响。
③把仪器平放于工作台上，油槽内注入甘油，油位线应在两接线柱以下10～20mm 处为宜。开关照明开关，日光灯关亮，表示已接通电源，开启电源开关，绿色和红色两个指示灯量，表示电热丝已经开始工作，油温开始上升。
④带油温升值45℃并保持稳定，即可开始进行测氢试验。
一、焊缝金属扩散氢测定新技术简介
气相色普法测定扩散氢是一个新技术，现已被国家标准所采纳，正被日渐推广，它具有如下特点：
1、快速、灵活、精度高，测定范围宽，而且可排除由于各种原因混入的空气的干扰，测定结果精确可靠。
2、在高氢测定范围和超低氢测定范围都具有良好的精度和准确度。
3、不存在任何环境污染和毒害操作者的物质。
（一）、气相色普法测定原理
利用不同物质在两相中具有不同的分配系数（或吸附系数、渗透性），当两相物质作相对运动时，这些物质在两相中进行多次反复分配而实现分离的，因流动相为气体，故称气相色普法。
（二）、气相色普法测氢过程
用纯氩气作为载气（流动相）将取样器试样桶内的氢器（由熔敷金属试样中扩散出来的）载入色谱分离注中进行分离，分离出的氢被进一步载入热导池进行检测，热导池检出的氢的电信号经放大、积分和灵敏度调整等处理后，在数字电压表上显示被测氢的量。
（三）、HD—3型扩散氢测定仪的构成、工作条件和校正
HD—3型扩散氢测定仪由取样器和专用气相色谱仪构成。
⒈取样器有试样桶和转换阀组成，试样桶共有5个，与转换阀之间有通道连接，每个试样桶中可装入一块40×25×12（mm）的试板，其中四个试桶中分别装入一块待分析试板，而另一个试样桶用来作为气相色谱仪的载气通路，此桶中装入一块以分析过的试板，目的在于使仪器在校正和分析时处于同样的气路状况，提高分析的准确度。
⒉专用气相色谱仪
?典型的气相色谱仪由五个部分组成：
?①载气系统，包括气源和流量的调节与测量元件等
?②进样系统：包括取样器；
?③分离系统：主要是色普柱；
?④检测、记录系统，包括检测器和记录器；
?⑤辅助系统;包括温控系统、数据处理系统等。
?这里着重讲一下分离系统和检测、记录系统。
?色谱柱是色谱仪的分离系统，试样中各组分的分离是在色谱柱中进行，因此是核心部分。
?色谱柱主要有两类:填充柱和毛细管柱。现就HD—3型中用的分离柱（填充柱）说明
?填充柱由柱管和固定相组成，柱管材料为不锈钢（或玻璃），内径为2～4mm（HD—3为Φ5mm），长为1～3m（2.5m）,柱内装有固定相（包括固体固定相
和液体固定相两种）HD—3型中填充30～40目5A分子筛固体吸附剂。主要用于惰性气体、H2、O2
、N2、CO2、CH4等一般气体及低沸点有机物的分析，其特点是：吸附容量大，热稳定性好，价格便宜，但柱效低，吸附活性易中毒。因此使用前要进行活化处理，然后再装入柱内制成填充柱使用。或化处理方法：粉碎过筛在550～600 ℃烘烤4小时。
?
检测系统：
?从色谱柱流出的各个组分，通过检测器把浓度信号变成电信号，经放大后送到记录器得到色谱图。HD—3型仪所用检测器为热导检测器。
?热导检测器（TCD）由热导池池体和热敏元件组成。热敏元件是两根电阻值完全相同的金属丝（钨丝或铂丝），作为两个臂接入惠斯顿电桥中，由恒定的电流加热。如果热导池只有载气通过，载气从两个热敏元件带走的热量相同，两个热敏元件的温度变化是相同的，其电阻值变化也相相同，电桥处于平衡状态。如果样品气混在载气中通过测量池，由于样品气和载气热导系数不同，两边带走的热量不相等，热敏元件的温度和阻值的变化也就不同，从而使得电桥失去平衡，记录器上就有信号产生。
?被测物质与载气的热导系数相差约大，灵敏度也就愈高，载气流量和热丝温度对灵敏度也有较大的影响。
?HD—3型采用钨丝热导池，电阻为4×100Ω，测量电桥工作电流为45mA。
⒊仪器校正
?仪器用纯氩进行校正，通过仪器内装的校正阀将纯氩引入色谱仪测量系统。引入的校正氩的量即校正阀计量腔的容积。经过温度和压力校正后的值，按下式算出：?式中V0—校正氩气在标准状况下的体积，ml
?P1—大气压P a
?T1—室温
?V1—校正氩气载室温和大气压下的体积，即校正阀计量腔容积，ml
?T0—273K
?P0—101325Pa
?校正时数字电压表上显示出的值应是V0的数值
一、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。
⒈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G0。
⒉焊接
将试件和引、收弧板放在试件夹具台上准备焊接。焊接过程中尽可能采用短弧焊，绝不允许中歼灭弧，以免产生弧坑。如果发生灭弧，则试件作作废。
焊接规范，见前面技术要求。
⒊水冷
停焊后2秒内立即将试件投入0～20℃的水中急冷，并摆动试件，避免局部温度过高，10秒后取出。
⒋清洗
试件从水中取出后，迅速清除焊渣及其它脏物，然后用铁锤敲断引弧和收弧板，把中间的一段试件擦干并用酒精去水，乙谜去油。
⒌吹干和放入气体收集器
将去水何除油的试件擦净并吹干（注意吹干时，一定要用冷风，以免焊缝中氢的溢出）。把试件立即放入气体收集内。
试件从焊完到放入收集器的全部操作过程，要求在60秒内完成。试件在45℃恒温下放值72小时，便可认为扩散氢已大致全部溢出。根据集气管中甘油柱的液面随对应的刻度，就刻读出扩散氢量V0,这时，要记录恒温集气箱的温度T,试验现场的气压P0,把试件从收集器中取出，清洗干净，吹干，称出试件重量G1。
。
⒍根据前述的公式，计算出[H]
扩
七、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1—8中，要求对全部实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]
绘图表示出焊条种类，烘干温度，
扩，
的影响，并对以上的实验结果进行简要分析清理程度以及长弧焊和短弧焊等对[ H]
扩
八、思考题
?（一）、用甘油法测得地熔敷金属中[ 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的影响，需要在操作时严格掌握。
?（三）、长弧焊和短弧焊时测出的[ H]扩油和不同？并说明理由。
?（四）、试分析比较J422和J507焊条的抗锈能力。
第二章 基础知识试题
第二章基础知识试题 一、判断题 1．焊缝余高越大，则焊缝的强度越高。（×） 2．焊接接头中最危险的焊接缺陷是气孔。（×） 3．冷裂纹都具有延时性质，所以又称为延时裂纹。（√） 4．促使形成热裂纹的三个主要元素是硫，磷，碳。（√） 5．焊条烘干的目的是为了防止产生气孔而不是防止产生裂纹。（×）6．低碳钢的焊接缺陷主要是气孔而不是裂纹。（√） 7．再热裂纹产生在焊接热影响区的过热晶粒组织中，而热影响区的细晶区和母材都不会产生再热裂纹。（√） 8．水压试验可以用来检验压力容器的致密性和强度。（√） 9．壁厚大于46毫米的压力容器焊缝，常用的探伤方法是磁粉探伤。（×）10．测定热影响区的最高硬度值，可做为该钢材焊接性的一个参考指标。（√） 11．断口检查对未熔合，未焊透等缺陷不敏感。（×） 12．焊接接头的拉伸试验是属于非破坏性检验。（×） 13．对患有心脏病、肺病和神经系统疾病的人，允许他们从事焊接工作。（×）14．所有用电来进行焊接的工人，都有触电的危险。（√） 15．可以用车间内的金属结构、管道和行车轨道等搭连起来，作为焊机的二次导线使用。（×） 16．焊机允许在两端短路的情况下进行启动。（×） 17．焊工在拉、合电闸时，最好双手进行。（×） 18．手弧焊工出汗可在潮湿地点进行焊接作业而发生触电的主要原因是弧焊机的空载电压太高。（√） 19．焊接过程中，在电弧不熄灭的情况下，允许焊工调节焊接电流。（×）20．在容器内焊接时，外面必须设人监护，或两人轮换工作。（√） 21．在容器内焊接时，应有良好的通风措施，照明电压应采用12V。（√）22．严禁用氧气代替压缩空气在容器内进行吹风。（√） 23．高空作业时，不准使用高频引弧器。（√） 24．雨天、雪天、雾天或刮六级以上大风时，禁止高空作业。（√） 25．焊工职业病是由于职业环境、条件所造成，但并不是每个焊工都必定
焊缝金属中扩散氢含量的测定实验
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J42 2、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。 2、认真做好实验记录、填好附表。 3、根据表中的数据，计算出每块试样焊缝的扩散氢含量，并注明实验条件。 4、将有关数据进行比较，分析影响焊缝扩散氢含量的主要因素。 1、收集到的氢 2、氢气收集管 3、甘油 4、试板 5、甘油槽 6、恒温加热器 7、支撑板
实验 焊接材料熔敷金属扩散氢测定实验
实验2焊接材料熔敷金属扩散氢测定(45℃甘油法)实验 一、实验目的 焊缝熔敷金属中扩散氢含量是产生延迟裂缝的主要因素之一，是低合金高强钢焊接时选择焊接材料的重要依据。 本实验的目的： 1、使同学初步掌握45℃甘油测氢试验方法。 2、了解手工电弧焊时影响焊缝金属中扩散氢含量的因素。 3、了解焊缝金属中扩散氢测定的其他方法 4、为确定焊接材料和分析冷裂纹敏感性实验结果提供依据。 二、实验用材料及仪器 1、测氢仪 1台 2、集气管 12根 3、交流电焊机 1台 4、直流电焊机 1台 5、试件夹具 1个 6、远红外电焊条烘干箱 1台 7、吹风机、钳子、榔头、钢丝刷、瓷盘、绒布、丙酮、乙谜、酒精、秒表等 8、试件低碳钢板 130×20×（10～12） 引收弧板 40×20×（10～12） 9、焊条，自制焊条Φ4.0;J422Φ4.0;J507Φ4.0
图1扩散氢测定装置示意图 1-恒温收集箱 2-试样 3-收集器 4-温度计 5-水银接触温度计 6-恒温甘油浴 7-收集器支撑板 8-恒温控制器 9-加热电阻丝 三、实验原理 1、氢在焊缝金属中存在形式及危害 在金属焊缝中,氢大部分是以H,H+或H-形式存在的,他们与焊缝金属形成间隙固溶体.由于氢半径小,一部分氢在焊缝金属的晶格中自由扩散,而成为扩散氢.剩余部分扩散聚集到晶格缺陷,显微裂纹和非金属夹杂物边缘的空隙中,结合为分子,而不能自由扩散,称之为残余氢. 氢对结构钢的主要危害由两个方面: I．暂态性危害，这类现象在经过时效处理或热处理之后，可以消失。如氢脆，氢白点。 氢脆现象与低温脆性相比有以下明显特征： ⑴氢脆只出现在较窄的温度范围内(低合金高强钢约为-60～60℃)，高于或低于这个温度范围都将恢复塑性。 ⑵在一定载荷下，破坏过程与应变速率具有延迟特征，延迟的时间长短又与载荷大小有关. ⑶氢脆现象与氢在金属中固溶的程度及是否形成氢化物等无关。 ⑷低于100K(-173℃)时塑性反而开始恢复，并不再有氢脆出现。
扩散氢
一、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、掌握甘油法测定扩散氢的方法； 3、了解焊缝金属中扩散氢测定的其他方法。 二、实验装置及实验材料 1、KQ-3型测氢仪1台 2、集气管12根 3、交流电焊机BX3-300型1台 4、直流电焊机ZX7-160型1台 5、试件夹具1个 6、远红外电焊条烘干箱1台 7、吹风机、钳子、榔头、钢丝刷、瓷盘、绒布、丙酮、乙谜、酒精、秒表等 8、试件低碳钢板130×20×（10～12） 引收弧板40×20×（10～12） 9、焊条，自制焊条Φ4.0;J422Φ4.0;J507Φ4.0 三、实验原理 1、氢在焊缝金属中存在形式及危害 在金属焊缝中，氢大部分是以H,H+或H-形式存在的，他们与焊缝金属形成间隙固溶体。由于氢半径小，一部分氢在焊缝金属的晶格中自由扩散，而成为扩散氢。剩余部分扩散聚集到晶格缺陷、显微裂纹和非金属夹杂物边缘的空隙中，结合为分子，而不能自由扩散，称之为残余氢。 氢对结构钢的主要危害由两个方面： I暂态性危害，这类现象在经过时效处理或热处理之后，可以消失。如氢脆，氢白点。 氢脆现象与低温脆性相比有以下明显特征： ⑴氢脆只出现在较窄的温度范围内（低合金高强钢约为-60～60℃），高于或低于这个温度范围都将恢复塑性。 ⑵在一定载荷下，破坏过程与应变速率具有延迟特征，延迟的时长又与载荷大小有关。 ⑶氢脆现象与氢在金属中固溶的程度及是否形成氢化物等无关。 ⑷低于100K（-173℃）时塑性反而开始恢复，并不再有氢脆出现。 II永久性危害，这类现象一旦产生，则是不能消除的，且危害性是相当严重的，如气孔和冷裂纹。 2、氢的产生及来源 由于焊接方法不同，导致氢向金属中溶解的途径也不相同。对于手弧焊，氢主要以两个途径进入焊缝金属中。 ⑴氢通过气相与液相金属的界面以原子或质子的形式被吸附后溶入金属中。 ⑵氢是通过熔渣层以扩散形式溶入金属中。
焊缝金属中可扩散氢含量的试验研究
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 。 (3)试样1采用钛铁矿型焊条焊接,干燥条件为100℃,1h;试样2采用低氢焊条焊接,不进行干燥;试样3采用低氢焊条焊接,在350℃条件下,干燥1h;试样4采用半自动CO 2气体保护焊进行焊接。 (4)每个试样焊接完成后,在水中冷却并用刷子去除焊道表面的渣,然后,用软布擦拭试样,称重,最后,将经过焊接的试样放入集气瓶的甘油中。要求从焊接完成到把试样放入集气瓶中的时间小于90s [1]。 2 试验结果及分析 2.1 试验结果 所称得焊接前后试样的质量如表1所示。 表1 试样质量 g No1 No2No3No4焊接前(W 0) 178.5179.4175.3175.8焊接后(W 1) 190.8 192.1 189.8 194.3 第26卷 第5期2003年 9月 兵器材料科学与工程 ORDNANCEMATERIALSCIENCEANDENGINEERING Vol 126 No 15 Se p. 200 Ξ收稿日期:2003-01-08; 修订日期:2003-05-23 基金项目:包头钢铁学院基金项目 作者简介:刘忠杰(1969-),男,讲师,国际焊接工程师(IWE )
CrN中间层阻挡元素扩散的能力研究
第30卷 第2期 2010年4月 航 空 材 料 学 报 JOURNAL OF AERONAUTI CAL MATER I A LS Vol 130,No 12 Ap ril 2010 Cr N 中间层阻挡元素扩散的能力研究 李伟洲 1,2 , 刘山川2, 宫 骏2, 孙 超2, 姜 辛 3 (1.广西大学有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室,南宁530004;2.中国科学院金属研究所金属腐蚀与防护国家 重点实验室,沈阳110016;3.德国锡根大学材料工程研究所,德国锡根57076) 摘要:为了降低涂层和基体间的元素互扩散,采用电弧离子镀技术在N i Cr A lY 防护涂层和DS M11基体间加入Cr N 扩散阻挡层。用扫描电镜(SE M )观察了沉积态Cr N 涂层、退火和氧化态N i Cr A lY/DS M11和N i Cr A lY/Cr N /DS M11的表面和截面形貌;通过能谱(E DS )分析了元素沿防护涂层和扩散阻挡层的截面分布;用X 射线衍射仪(XRD )检测了防护涂层和扩散阻挡层的物相结构;用透射电镜(TE M )观察了样品退火和氧化后扩散阻挡层的形貌特征;利用1100℃恒温氧化实验比较了单一N i Cr A lY 涂层和N i Cr A lY/Cr N 涂层体系的抗氧化能力,结合真空扩散实验分析了高温情况下元素在涂层和基体间的扩散。结果表明:Cr N 扩散阻挡层能有效地抑制合金元素的互扩散。其原因与高温下Cr N →Cr 2N →Ti N 的转变有关;Ti N 在扩散阻挡层的生成有利于防护涂层抗氧化能力的提高。关键词:涂层;扩散阻挡层;Cr N;氧化;元素互扩散 DO I:1013969/j 1issn 110052505312010121011 中图分类号:T B43 文献标识码:A 文章编号:100525053(2010)022******* 收稿日期:2009204208;修订日期:2009205206 基金项目:国家自然科学基金项目(50571101);广西科学基金项目(0731013);广西大学有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室开放基金(GXKFJ 214) 作者简介:李伟洲(1975—),男,博士,主要从事材料的表面防护研究工作,(E 2mail )wz 2li@hot m ail .com 。 MCr A lY (M 代表Fe,N i 或/和Co )涂层作为燃气轮机叶片的防护涂层,最近得到广泛的研究和应 用[1～4]。但当服役温度高于1000℃时,MCr A lY 涂层与高温合金基体间的互扩散将加剧,这样不但使涂层表面形成的保护性氧化膜过早脱落而加速涂层 退化,而且会大大损害合金基体的力学性能[5～7] 。为了降低元素互扩散带来的不良影响,常在涂层与 基体间加入扩散阻挡层(diffusi on barrier )[8,9] 。 Cr N 涂层具有硬度高、耐摩擦磨损、抗腐蚀和抗 氧化等特点,一直受到研究人员的关注[10～13] 。由于 具有较高的致密性及与基体较强的界面结合[14,15] 能力,可以考虑将其作为高温防护涂层体系的扩散阻挡层进行研究。属于ⅥA 族的Cr 和ⅤB 族的N 之间的反应活性较低,采用反应溅射法很难获得纯 Cr N 相的涂层[16] ;电弧离子镀(A I P )技术具有能量 高、离化率高等优点[17,18] ,则能较容易地得到单一相的Cr N 涂层,而且此技术沉积速率快、涂层质量好,适合用来制备含Cr N 扩散阻挡层的多层体系。 本研究旨在用电弧离子镀技术在镍基高温合金上沉积Cr N 扩散阻挡层和N i Cr A lY 防护涂层,将含或不含Cr N 扩散阻挡层的样品在1100℃下进行恒温氧化和真空扩散处理,以考察Cr N 阻挡防护涂层和基体间合金元素互扩散的能力及涂层体系的抗氧化能力,为扩散阻挡层的实际应用提供理论依据。 1 实验方法 基材选用镍基高温合金DS M11,化学成分(质 量分数/%)为:Cr 14.0,Co 9.5,W 3.8,Mo 1.5,Ta 2.8,A l 3.0,Ti 4.9,B 0.015,C 0.10,N i 为余 量。在M I P 282800型电弧离子镀设备上沉积Cr N 和 N i Cr A lY 涂层,靶材分别为纯度99%(质量分数)的金属铬和合金N i 223Cr 210A l 20.5Y (质量分数/%)。沉积前对试样进行研磨、湿喷砂和清洗处理。装炉完成后,将样品室的真空度抽至≤7×10 -3 Pa,通入 A r 气至0.2Pa,对试样表面进行弧光轰击清洗-800V /3m in 和-600V /2m in;之后通入N 2至016Pa,沉积Cr N 涂层40m in 后,通入A r 气,保持P A r =0.2～0.3Pa,在DS M11,Cr N /DS M11上沉积N i Cr A lY 涂层360m in 。为了消除涂层沉积时形成的 应力和提高涂层/基体的结合力,将样品在真空环境下进行退火处理:650℃/2h +900℃/4h 。恒温氧化和真空扩散在马弗炉内中进行(真空扩散样品预先
实验2熔敷金属中扩散氢测定
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
一种新的元素迁移形式及其地球化学环境效应
第29卷 第5期 成都理工学院学报 V ol .29N o .5 2002年10月 JOU RNAL O F CH EN GDU UN I V ER S IT Y O F T ECHNOLO GY O ct .2002 [文章编号]100529539(2002)0520567204 一种新的元素迁移形式及其地球化学环境效应 [收稿日期]2001207210 [基金项目]国家自然科学基金资助项目(49673202) ()() 童纯菡 李巨初 葛良全 (成都理工大学应用核技术与自动化工程学院,成都610059) [摘要]提出了地壳中存在一种新的元素迁移现象,即由于地壳内存在的上升气流将非气态元 素以纳米微粒形式垂直迁移至地表,迁移距离可达几百米,甚至几千米。通过室内模型实验证明,元素纳米微粒以上升气流垂向迁移形式为主,扩散迁移只占极小部分。列举了宣汉气田及成都平原隐伏断裂上汞污染的二个实例,初步讨论这种新的元素迁移现象对地表地球化学环境的影响。 [关键词]上升气流;纳米微粒;元素迁移;地球化学环境[分类号]P 632 [文献标识码]A 地球化学研究表明,地表某些元素的分布,往往与深部地质体的存在有关。在金属矿、油气藏、断裂带等地质体上方,形成各自的地球化学异常或元素特异分布,因此地表地球化学环境的研究有必要重视研究深部来源元素的迁移及其影响。 1 概 述 近几十年来,对元(核)素迁移的研究,主要有三个方面 第一,核能的发展不可避免地产生大量放射性废物。对高放废物处置方法,是将废物固化后,置于地下500～1000m 深地质工程体的废物库 中(Hoff m an ,1980),加上种种屏障,阻止核素迁移到环境中,以达到与生命圈的安全隔离。但是这种屏蔽不能保证绝对安全,经过千万年后,核废物库的分崩瓦解,放射性核素或多或少可迁移至生物圈。因此,放射性核素迁移行为规律研究[1]成为废物安全性处置中的一个中心问题。在这方面,中国学者做了不少工作,研究地质介质、地下水、核素体系的相互作用(马明燮、陈式,1995)。在核素迁移过程的研究中,大都着重研究固、液相之间的分配系数K d 。 第二,石油、天然气化探工作者有关烃类迁移的探索结果,提出烃类的垂向迁移理论作为油气 化探的理论基础[2],也有人提出烃类依托载气流向上迁移的设想。60年来大量的勘探实践和油气田、储气库上实验已得到证实,并形象地将垂向迁移喻为“烟囱效应”。此外,微量金属元素也被应用在油气化探中作为指示元素,研究者把在空间吻合一致的地球化学场视为与垂向迁移共成因现象。 第三,20世纪50年代以来,铀矿勘探工作者普遍持氡以扩散形式向地表迁移论点。利用汞砷异常找金属矿的化探工作者,同样持气体扩散理论。但是,在20世纪70年代,利用固体径迹探测器找到200m 深的铀矿时,气体扩散迁移方式观点受到挑战。因为根据元素氡的半衰期不可能被迁移如此大的距离。瑞典学者K .K ristian ss on 及L .M al m qvist 提出了是地壳中存在的上升气流将 氡载至地表[3],从而提出了氡的新的迁移方式,较 好地解释了氡的迁移。 2 一种新的深部元素迁移方式 近几年地气法地研究[4]揭示了在地壳内存在
工艺条件对熔敷金属中扩散氢影响的试验研究
工艺条件对熔敷金属中扩散氢影响的试验研究 摘要：采用热导法对低氢型焊条进行了扩散氢含量检测，探讨了焊接热输入、焊材烘干条件、强度等级以及试件消氢处理等因素对焊条扩散氢含量的影响。结果表明，随着热输入的增大，焊条扩散氢含量升高；碱性焊条在400℃/1h烘干工艺下，扩散氢含量最低；试件在650℃/1h条件下消氢效果更明显；随着焊条强度等级的升高，扩散氢含量降低。 关键词：扩散氢；热输入；烘干条件；消氢；强度等级 引言 氢不仅在焊缝中能够引起氢脆、白点和气孔，同时也是冷裂纹形成的三大因素之一。氢的复杂性及危害性一直受到国内外学者普遍的重视[1~5]。尤其是低温钢、高强钢焊接时，降低焊缝中氢含量已成为获得优质焊接接头的关键所在。 焊缝中的氢分为扩散氢和残余氢两种，其中扩散氢溶于金属晶格，具有自由扩散能力，在应力集中及组织的不均匀条件下极易诱发氢致裂纹，对焊接接头性能的危害极大。因此，开发超低氢焊材、选择合理的焊接热输入、焊条烘干条件等措施成为控制氢致裂纹的有效途径[6~7]。针对以上工艺因素如何影响扩散氢的分布，在实际生产中如何利用这些规律降低焊缝中扩散氢含量，则是需要我们具体研究和解决的问题。 对此，本文采用GB/T3965-2012《熔敷金属中扩散氢测定方法》中规定的热导法，针对焊接热输入、焊条烘干条件、焊材强度等级以及试件消氢条件四个因素对焊缝中扩散氢的影响规律分别进行了试验研究，进而给出了实际生产中降低扩散氢的实用方法，为降低焊缝扩散氢含量、提高焊接质量提供理论依据。 1.试验方法及试验设备 1.1 试验材料 试验选用GB/T3965-2012《熔敷金属中扩散氢测定方法》推荐的B型试件组合，由中心试板、引弧板、息弧板组成。试块材质为Q345R。试件尺寸：中心试块30mm×15mm×10mm，引弧板和息弧板50mm×15mm×10mm。所选用试块的成分及性能见表1。 焊接材料分别选用J507RH（φ4.0mm、φ5.0mm）、J507（φ5.0mm）J557（φ5.0mm）焊条。焊条药皮均无松散、开裂现象。按指定温度进行烘干。试验焊条成分及性能见表2。
第三章扩散 作业
第三章扩散 作业 1、短沟道效应（Short Channel Effect ）：短沟道效应主要是指阈值电压与沟道相关到非常严重的程度。源-漏两极的p-n 结将参与对位于栅极下的硅的耗尽作用，同栅极争夺对该区电荷的控制。栅长Lg 越短，被源-漏两极控制的这部分电荷所占的份额比越大，直接造成域值电压Vt 随栅长的变化。 2、方块电阻（薄层电阻）定义：方块电阻的大小直接反映了扩散入硅内部的净杂质总量。 Q q Nx q x x R j j j s μμσρ 111==== Q: 从表面到结边界这一方块薄层中单位面积上杂质总量 3、体电阻与方块电阻的关系： w l R w l x wx l A l R s j j ====ρρρ 方块时，l ＝w ，R ＝R S 。所以，只要知道了某个掺杂区域的方块电阻，就知道了整个掺杂区域的电阻值。 4、固溶度（solid solubility ）：在平衡条件下，杂质能溶解在硅中而不发生反应形成分凝相的最大浓度。 5、扩散定义：材料中元素分布的不均勻会导致扩散行为的进行，使得元素由浓度高处向浓度低处移动，从而产生的一种使浓度或温度趋于均匀的定向移动。 6、扩散的微观机制都有哪些？给出相关扩散方式的定义及扩散杂质的种类。 ①间隙式扩散：杂质进入晶体后，仅占据晶格间隙，在浓度梯度作用下，从一个原子间隙到另一个相邻的原子间隙逐次跳跃前进。每前进一个晶格间距，均必须克服一定的势垒能量。势垒高度 Ei 约为0.6~1.2 eV 间隙式扩散杂质包括Au, Ag, Cu, Fe, Ni, Zn, Mg, O 等，这些杂质均属于快扩散杂质。 ②替位式扩散：杂质进入晶体后，占据晶格原子的原子空位（空格点），在浓度
焊缝金属中扩散氢测定
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)
空位对Cu-Sn无铅焊点界面元素扩散的影响
空位对Cu/Sn 无铅焊点界面元素扩散的影响 李 扬， 李晓延， 姚 鹏 (北京工业大学 材料科学与工程学院，北京 100124) 摘 要： 界面柯肯达尔空洞形成的过程伴随着空位的形成与扩散，对空位行为的研究有利于深入理解界面扩散和空洞形成过程. 运用分子动力学方法模拟Cu/Cu 3Sn 界面上空位对扩散的影响，计算空位形成能、扩散势垒及空位扩散激活能. 结果表明，相同条件下含空位的模型发生扩散的几率要高于不含空位的模型. 另外，计算表明铜晶体的空位形成能大于Cu 3Sn 晶体中铜空位的形成能；Cu 3Sn 晶格中不同晶位的Cu 空位(Cu1空位和Cu2空位)的形成能比较接近，但均小于锡的空位形成能. 此外，对Cu/Cu 3Sn 界面的空位扩散势垒及空位扩散激活能的计算结果表明，Sn 原子的空位扩散激活能高于Cu 原子. 关键词： Cu/Cu 3Sn ；分子动力学模拟；空位；扩散势垒；扩散激活能 中图分类号：TG 406 文献标识码：A doi ：10.12073/j .hjxb .2018390292 0 序 言 在Cu-Sn-Cu 钎焊反应中铜迅速地向液态钎料中扩散溶解，Cu 6Sn 5金属间化合物会很快在焊盘与钎料的界面处出现. 在锡基钎料/金属间化合物/铜接头的服役过程中，Cu 6Sn 5/Cu 界面会发生固态扩散反应，形成Cu 3Sn 层. 随着Cu 3Sn 层的形成和生长，在层内和Cu/Cu 3Sn 界面常出现大量亚微米级的空洞，被称为柯肯达尔空洞[1] . 这种空洞的存在会危及接头的可靠性，已引起了极大关注 [2-3] . 在 较低温度下(20~70 ℃)[4] ，Sn/Cu 扩散偶中铜是界面处的主导扩散元素，以间隙扩散和晶界扩散为主要扩散方式；而在较高温度下(>170 ℃) [5-8] ，锡取代铜 成为界面的主导扩散元素，主要扩散方式是空位扩散或体扩散. 对于界面柯肯达尔空洞，其形成的过程伴随着空位的形成与扩散[9] . 空位在研究界面扩散和空洞形成过程中是一个不可忽略的因素. 当前，有关无铅焊点界面的结构以及元素扩散行为相关的研究还处于摸索积累阶段，在理论和技术上都还有待于进一步的深入. 分子动力学方法可以对大体系进行模拟，能够描述到系统中粒子的动态过程，而且可以得到热力学统计 结果，目前已成为研究界面性质的重要研究方法. 运用分子动力学方法模拟Cu/Cu 3Sn 界面上空位对扩散的影响，计算出空位形成能及其扩散势垒，并计算了含空位的Cu/Cu 3Sn 界面上元素的扩散激活能. 1 计算原理 1.1 势能模型 原子间相互作用势是分子动力学模拟的基础，模拟结果的准确性主要取决于是否选取了能够准确描述分子微观结构的势能模型. MEAM 原子间作用势模型能够很好地描述金属原子间扩散的性质. 采用MEAM 多体势描述基体原子之间以及钎料与基体原子之间的作用，其势函数形式为 [10] ρi R F i (ρi )φij (R i j )E 0i A i 式中：为距离原子i 为的第j 个原子在i 处产生的电子密度；为第i 个原子的嵌入能；为原子i 和原子j 之间的两体作用势；为原子i 在相关结构中结合能；为结构参数. Cheng 等人 [11] 得到的MEAM 势函数较好地描 述了Cu ，Sn 及Cu-Sn 原子间的相互作用，有关计算参考了这些参数，如表1和表2所示. 收稿日期：2017 ? 07 ? 03 基金项目：国家自然科学基金资助项目(5157011)；北京市自然科学基金 资助项目(2162002) 第 39 卷 第 12 期2018 年 12 月 焊 接 学 报 TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION Vol .39(12):025 ? 030December 2018 万方数据
熔敷金属扩散氢测定45 ℃甘油法实验
熔敷金属扩散氢测定45 ℃甘油法实验 一、实验内容 二、实验目的 焊缝熔敷金属中扩散氢含量是产生延迟裂缝的主要因素之一，是低合金高强钢焊接时选择焊接材料的重要依据。 本实验的目的： 1、使同学初步掌握45℃甘油测氢试验方法。 2、了解手工电弧焊时影响焊缝金属中扩散氢含量的因素。 3、为确定焊接材料和分析冷裂纹敏感性实验结果提供依据。 三、实验原理 1、氢在焊缝金属中存在形式及危害 在金属焊缝中,氢大部分是以H,H+或H-形式存在的,他们与焊缝金属形成间隙固溶体.由于氢半径小,一部分氢在焊缝金属的晶格中自由扩散,而成为扩散氢.剩余部分扩散聚集到晶格缺陷,显微裂纹和非金属夹杂物边缘的空隙中,结合为分子,而不能自由扩散, 称之为残余氢. 氢对结构钢的主要危害由两个方面: I．暂态性危害，这类现象在经过时效处理或热处理之后，可以消失。如氢脆，氢白点。 氢脆现象与低温脆性相比有以下明显特征： ⑴氢脆只出现在较窄的温度范围内(低合金高强钢约为-60～60℃)，高于或低于这个温度范围都将恢复塑性。 ⑵在一定载荷下，破坏过程与应变速率具有延迟特征，延迟的时间长短又与载荷大小有关. ⑶氢脆现象与氢在金属中固溶的程度及是否形成氢化物等无关。 ⑷低于100K(-173℃)时塑性反而开始恢复，并不再有氢脆出现。2-试样3-收集器4-温度计5-水银接触温度计9-加热电阻丝7-收集器支撑板8-恒温控制器 II．永久性危害，这类现象一旦产生，则是不能消除的，且危害性是相当严重的，如气孔和冷裂纹。 2、氢的产生及来源 由于焊接方法不同，导致氢向金属中溶解的途径也不相同。对于手弧焊，氢主要以
两个途径进入焊缝金属中。 ⑴氢通过气相与液相金属的界面以原子或质子的形式被吸附后溶入金属中。 ⑵氢是通过熔渣层以扩散形式溶入金属中。焊接时，氢主要来源于焊接材料中的水分、含氢物质、电弧周围空气中的水蒸气和母材坡口表面上的铁锈油污等杂质。 3、焊接接头氢的扩散 焊缝金属中的氢含量，因扩散的缘故是随时间变化的，在接头不同部位，因存在不同塑性变形量，而有不同的位错密度，这样将捕捉到不同量的氢。研究表明，在焊根及焊趾等有缺口效应部位往往存在氢的聚集，将直接影响冷裂纹的产生。同时还表明，氢的聚集开始于焊后约60 秒（室温下板厚20mm）约冷至100～150℃，在焊后1～2 小时达到最大值之后逐渐耗散。 氢在不同的金属中具有不同的扩散性能，这可用一个扩散系数 d 表示，且d 是一个随温度变化的量。在78～200℃温度范围内，氢在钢中的扩散系数d 与温度具有如下关系： d = 1.82 ×10 2 × e ?6.75 T 对于同一种金属的不同组织结构而言，氢也具有不同的扩散性能，下表所列为钢的不同组织中氢的扩散性能。 4、扩散氢的测量 目前，扩散氢的测定方法有三种，即甘油法，水银法和气相色普法。目前，我国将甘油法和气相色普法等同起来使用。三种测试方法各有优劣。本实验是针对甘油法进行。 甘油法测定扩散氢方法 由于扩散氢的含量很少，因此常用气体排液法把扩散氢收集到一个密闭的集气管内测量。如图1 和图 2 所示。
实验1 熔敷金属中扩散氢测定.
实验1 熔敷金属中扩散氢测定 一、实验内容 采用甘油置换法测定手工电弧焊或CO2气体保护焊熔敷金属中扩散氢的含量。 二、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。 三、实验步骤 1、试板准备： 1）确定试板及引弧板、引出板的材质为碳素结构钢或低合金钢。 2）确定试板及引弧板、引出板的尺寸依照不同的焊接方法和测定方法从表1中选定。 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、焊接规范 1）手工电弧焊 （a）焊接电流的种类和极性选择按照所选焊条的规定确定，交直流两用的焊条，采用交流施焊。焊接电流比制造厂推荐的最大电流低15A。 （b）焊接速度按照熔化120mm-130mm的焊条焊成100mm焊道的速度进行焊接。 2）气体保护焊 （a）采用直流反接； （b）焊接电流：Φ1.2mm的焊丝电流为260-290A，Φ1.6mm的焊丝电流为330-360A； （c）电弧电压：Φ1.2mm：27-31V，Φ1.6mm：26-30V; （d）焊接速度：330±30mm/min。 （e）导电嘴端部到试件的距离：19±3mm。 （f）保护气体流量为15-20L/min。 5、扩散氢含量测定 1）测试设备如图1所示。 2）将焊接完成的试样放入应经充满甘油的收集器内，从试样焊接完成到放入收集器内，应早90S内完成。 3）收集扩散氢过程中，甘油温度必须保持45±1℃。 4）72小时后将吸附在收集器管壁和试样上的气泡收集上去，准确读取气体量。 5）将测定的氢气体积换算成标准状态下的体积，用该体积除以熔敷金属质量（焊后与焊前试样质量之差）的1/100，即为扩散氢含量，单位为mL/100g熔敷金属。