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全面剖析熔敷金屬擴(kuò)散氫檢測

1、什么是熔敷金屬？熔敷金屬擴(kuò)散氫檢測的意義？

熔敷金屬是完全由填充金屬熔化后所形成的焊縫金屬。焊縫金屬，由兩部分組成，一部分是熔化的焊條或焊絲，另一部分是熔化的母材。熔敷金屬是按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在留有大間隙(13mm)的對接坡口中焊成的。焊縫金屬是在不留間隙的K形坡口中焊成的，有較大熔合比。所有金屬焊接材料生產(chǎn)廠家及所制定的焊接材料有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，均按熔敷金屬進(jìn)行考核驗(yàn)收，而完全略去母材成分對焊縫的影響。熔敷金屬抗拉強(qiáng)度，一般說的是熔敷金屬抗拉強(qiáng)度最小值。焊條的型號還與熔敷金屬強(qiáng)度有關(guān)。

焊縫中的氫致裂紋問題嚴(yán)重地制約著生產(chǎn)的發(fā)展，并引起世界各國的高度重視。從產(chǎn)生裂紋的高應(yīng)力狀態(tài)、淬硬組織、敏感溫度、擴(kuò)散氫四個(gè)因素分析，其中控制擴(kuò)散氫的量和逸出過程已成為控制裂紋最有效的手段。焊材的擴(kuò)散氫含量是評定其內(nèi)部質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)，也是合理選材的重要依據(jù)之一，因此，有必要研究和掌握擴(kuò)散氫測試技術(shù)。

2、熔敷金屬擴(kuò)散氫檢測標(biāo)準(zhǔn)及測試要點(diǎn)總結(jié)

GB/T 3965-2012 熔敷金屬中擴(kuò)散氫測定方法

（1）適用范圍：本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了水銀法和熱導(dǎo)法為熔敷金屬中擴(kuò)散氫含量的基本測定方法；本標(biāo)準(zhǔn)適用于焊條電弧焊、埋弧焊、實(shí)心焊絲氣體保護(hù)電弧焊及藥芯焊絲電弧焊等方法焊接而成的馬氏體、貝氏體和鐵素體焊縫中擴(kuò)散氫含量的測定。

（2）試驗(yàn)原理概述：將焊接材料用電弧焊方法在試樣上熔敷一條線狀焊縫，經(jīng)過處理后，在給定的溫度和時(shí)間條件下收集擴(kuò)散氫，通過置換的水銀體積（水銀法）熱導(dǎo)率（熱導(dǎo)法）測定收集的氫含量，結(jié)果換算成每百克熔敷金屬標(biāo)準(zhǔn)狀況（0℃、101.325kPa）下的擴(kuò)散氫體積，單位為mL/100g；本標(biāo)準(zhǔn)中水銀法在室溫下收集數(shù)天或45℃收集72h，適用于B型和C型試塊；本標(biāo)準(zhǔn)中熱導(dǎo)法使用熱導(dǎo)檢測器，分為載氣熱提取法和集氫法，通常采用氣相色譜技術(shù)，適用于A型、B型、C型試塊，其中載氣熱提取法是將試樣加熱到較高溫度（最高至400℃），持續(xù)進(jìn)行收集和分析，快速測定擴(kuò)散氫，集氫法是將試樣加熱到中等溫度（一般為45℃~150℃）收集擴(kuò)散氫，結(jié)束后再進(jìn)行分析。

（3）水銀法測定原理及裝置：

1）使用置換法把擴(kuò)散氫收集到一個(gè)真空、充滿水銀的毛細(xì)管內(nèi)進(jìn)行測量。適用于B型和C型試塊；2）使用的收集器見圖3的Y型收集量管示例，也可使用原理相同的其他類型收集裝置，如圖4的U型收集量管示例。收集量管應(yīng)填充潔凈水銀，約需110mL，既保證平放抽真空時(shí)毛細(xì)管可以與外界連通，又保證豎直時(shí)粗壁管的水銀面處于刻度范圍內(nèi)。3）液態(tài)水銀和蒸氣是有害的，可以通過吸入、攝取或與皮膚接觸進(jìn)入人體，因此所有涉及到水銀的操作應(yīng)包括一定的預(yù)防措施。

水銀法數(shù)據(jù)處理：將測量得氫氣體積換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況（0℃、101.325kpa即273K、760mmHg），按以下公式：

每組試驗(yàn)應(yīng)保證至少3個(gè)有效數(shù)據(jù)

（4）熱導(dǎo)法測定原理及裝置：1）熱導(dǎo)法采用熱導(dǎo)檢測器（TCD）通過測量不同組分的熱導(dǎo)率將濃度變成電信號來測定氫氣體積，適用于A型、B型和C型試塊。2）熱導(dǎo)法分為載氣熱提取法和集氫法，給定溫度下收集擴(kuò)散氫最短時(shí)間按表2的規(guī)定。3）載氣熱提取法是將

試樣加熱到較高溫度釋放擴(kuò)散氫，通過惰性載氣熱提取，持續(xù)收集和分析擴(kuò)散氫。當(dāng)加熱溫度在300℃~400℃時(shí)，最短可在幾十分鐘內(nèi)快速測定擴(kuò)散氫含量，但應(yīng)控制不超過400℃，以免釋放殘余氫。載氣熱提取/熱導(dǎo)檢測設(shè)備可能采用氣相色譜裝置。4）集氫法是將收集器中試樣先加熱（一般為45℃~150℃）使氫氣釋放，收集結(jié)束后通常采用氣相色譜儀分析。5）任何一種采用熱導(dǎo)檢測器系統(tǒng)（氣相色譜或載氣熱提?。┑钠渌椒ㄗ鳛闇y定金屬中氫含量的可替代方法，其準(zhǔn)確度和再現(xiàn)性都必須與本標(biāo)準(zhǔn)中的水銀法和熱導(dǎo)法基本相當(dāng)。特別是對于典型使用氣相色譜和熱導(dǎo)檢測器的測量系統(tǒng)，其校準(zhǔn)程序可能不同。

熱導(dǎo)法數(shù)據(jù)處理：將測量的氫氣體積換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況（0℃、101.325kpa即273K、760mmHg），按以下公式：

每組試驗(yàn)應(yīng)保證至少3個(gè)有效數(shù)據(jù)

試驗(yàn)結(jié)果評定：1）熔敷金屬的擴(kuò)散氫含量：計(jì)算熔敷金屬中擴(kuò)散氫含量按以下公式：

2）焊接金屬的擴(kuò)散氫含量：評定焊接接頭的擴(kuò)散氫含量必須確定焊縫金屬的擴(kuò)散氫，即評定熔敷金屬加上母材的熔化部分。計(jì)算焊接金屬中擴(kuò)散氫含量按以下公式：

3）焊縫金屬的總氫含量：對于包含擴(kuò)散氫和殘余氫的總氫量的分析應(yīng)在400℃以上使用熱萃取方法進(jìn)行。在650℃條件下收集30min可得到總氫量。當(dāng)加熱到500℃以上時(shí)試樣表面的狀態(tài)對測量的氫體積有一定影響。