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全面剖析熔敷金屬擴散氫檢測

1、什么是熔敷金屬？熔敷金屬擴散氫檢測的意義？

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。熔敷金屬是按標準規定在留有大間隙(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(chǎng)家及所制定的焊接材料有關(guān)標準，均按熔敷金屬進(jìn)行考核驗收，而完全略去母材成分對焊縫的影響。熔敷金屬抗拉強度，一般說(shuō)的是熔敷金屬抗拉強度最小值。焊條的型號還與熔敷金屬強度有關(guān)。

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

2、熔敷金屬擴散氫檢測標準及測試要點(diǎn)總結

GB/T 3965-2012 熔敷金屬中擴散氫測定方法

（1）適用范圍：本標準規定了水銀法和熱導法為熔敷金屬中擴散氫含量的基本測定方法；本標準適用于焊條電弧焊、埋弧焊、實(shí)心焊絲氣體保護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散氫含量的測定。

（2）試驗原理概述：將焊接材料用電弧焊方法在試樣上熔敷一條線(xiàn)狀焊縫，經(jīng)過(guò)處理后，在給定的溫度和時(shí)間條件下收集擴散氫，通過(guò)置換的水銀體積（水銀法）熱導率（熱導法）測定收集的氫含量，結果換算成每百克熔敷金屬標準狀況（0℃、101.325kPa）下的擴散氫體積，單位為mL/100g；本標準中水銀法在室溫下收集數天或45℃收集72h，適用于B型和C型試塊；本標準中熱導法使用熱導檢測器，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℃），持續進(jìn)行收集和分析，快速測定擴散氫，集氫法是將試樣加熱到中等溫度（一般為45℃~150℃）收集擴散氫，結束后再進(jìn)行分析。

（3）水銀法測定原理及裝置：

1）使用置換法把擴散氫收集到一個(gè)真空、充滿(mǎn)水銀的毛細管內進(jìn)行測量。適用于B型和C型試塊；2）使用的收集器見(jiàn)圖3的Y型收集量管示例，也可使用原理相同的其他類(lèi)型收集裝置，如圖4的U型收集量管示例。收集量管應填充潔凈水銀，約需110mL，既保證平放抽真空時(shí)毛細管可以與外界連通，又保證豎直時(shí)粗壁管的水銀面處于刻度范圍內。3）液態(tài)水銀和蒸氣是有害的，可以通過(guò)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包括一定的預防措施。

水銀法數據處理：將測量得氫氣體積換算成標準狀況（0℃、101.325kpa即273K、760mmHg），按以下公式：

每組試驗應保證至少3個(gè)有效數據

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

試樣加熱到較高溫度釋放擴散氫，通過(guò)惰性載氣熱提取，持續收集和分析擴散氫。當加熱溫度在300℃~400℃時(shí)，最短可在幾十分鐘內快速測定擴散氫含量，但應控制不超過(guò)400℃，以免釋放殘余氫。載氣熱提取/熱導檢測設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，收集結束后通常采用氣相色譜儀分析。5）任何一種采用熱導檢測器系統（氣相色譜或載氣熱提取）的其他方法作為測定金屬中氫含量的可替代方法，其準確度和再現性都必須與本標準中的水銀法和熱導法基本相當。特別是對于典型使用氣相色譜和熱導檢測器的測量系統，其校準程序可能不同。

熱導法數據處理：將測量的氫氣體積換算成標準狀況（0℃、101.325kpa即273K、760mmHg），按以下公式：

每組試驗應保證至少3個(gè)有效數據

試驗結果評定：1）熔敷金屬的擴散氫含量：計算熔敷金屬中擴散氫含量按以下公式：

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

3）焊縫金屬的總氫含量：對于包含擴散氫和殘余氫的總氫量的分析應在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。