焊接材料扩散氢测试精度及方法的研究进展 -学兔兔 www.xuetutu.com.pdf

学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 俘 掳 专家论坛 高 ， 熔敷金属 中扩散氢含量越大 ： 相对湿度一定时 ， 环 境温度越高则扩散氢含量越大。熔敷金属 中扩散氢含 量随着空气 中的水蒸气分压 即随绝对湿度的增加而 明显增加 。由此可以看 出： 一般测量环境很难控制成 完全一样 ， 环境条件对于测试结果的影响只是定性的 ， 在不 同的环境下的测试结果很难进行精确的对比。 文献 3 认为 ： 采用 色谱法 时 ， 加热被测试样可 以 加速扩散氢的逸 出，但是加热温度应低 于残余氢开始 析 出温度 。收集时间和出氢时间除与集氢装置温度有 关外 ， 还与试样尺寸及其扩散氢含量有一定的关系。减 小试样尺寸可 以缩短测氢时间。试样含氢量大 ， 出氢时 间缩短而测氢时间延长 。图 1 为三种测氢方法 的试验 结 果 水 银法测试结果 ( mL 1 0 g - ) 图 1 三种测试方法 的结果对 比 在 三种 测 试方 法 中 ： 随 着扩 散 氢 量 的减 小 ， 水 银法 和色谱法的测试结果趋于一致。在较高的扩散氢含量 下 ，甘油法测得 的扩散氢数量为色谱法的 3 0 3 5 ， 水银法测得 的扩散氢量为色谱法的 7 0 9 0 ， 因为色 谱法完全排除了收集介质的影响E3 J 。另外有文献提到 ： 当焊接材料扩散氢含量 2 mL l O 0 g时 ， 甘油法 的测 试 结果 不足 色谱法 的 3 5 ； 当焊 缝金 属扩 散氢含 量 2 m L l O 0 g时 ，甘油法测定 的扩散氢数量一般达到 色谱法测量结果 的 5 0 7 0 。随着 焊缝 含氢量的降 低 ， 由于甘 油法 中逸 出 的扩 散氢 被 吸 附和 溶 解 的相 对 含 量 增 加 ，从 而使 测 量 精度 下 降 因此 日本 标 准 J I S Z 3 1 1 8 1 9 8 6中明确规定 ， 当甘油法测定的氢含量 2 m L l O 0 g时 ， 必须采用色谱法l4 随试件烘干温度 的升高 ， 其扩散氢含量明显降低 ： 试件的预去氢处理影响最终测试精度 ；焊接 电流增大 时 ， 焊缝金属中扩散氢含量增加 ； 随着焊 道数 的增加 焊缝金属中扩散氢含量变化不大 。色谱法测氢 ， 既无 1 8 2 0 1 1 年 第 1 1期 溶解 ， 也无吸 附 ， 不存在 收集介质 的影响 ， 故测量准确 性高 。 2 目前 测试 方 法 的准确 性 I S O 3 6 9 0介绍 了一种新 的扩散氢测试方法热 提取法。该方法采用加热试样的方式使扩散氢快速逸 出 ， 测试时将试样放在容器中 ， 加热温度最高 4 0 0 ， 通人载气 ， 扩散氢逸 出后被载气带走 ， 然后通过热导传 感器测量扩散氢 的含量 ， 与现有 的水银法 、 色谱法 、 甘 油法 等测 试 方法 有 一 定 的 区别 。该 方 法扩 散 氢逸 出过 程和 测试 过 程 同时 进行 ， 扩散 氢 逸 出完 毕 ， 测 试过 程 即 终止。 加热温度不超过 4 0 0， 超过此温度会使测量结 果变大， 进而增加试验误差。该方法减少 了扩散氢测试 时间，测试精度和水银法相当。T h o m a s K a n n e n g i e s s e r 和 N i e o T i e r s c h为评定这种测试方法 的测试精度和可 靠性 ，在欧盟范 围内做 了一系列 的试验 。他们选用焊 条 、 实心焊丝 、 药芯焊丝 、 氩弧焊丝等不同的焊接材料 ， 用热提取法和水银法分别测定每种焊接材料的扩散氢 含量。所有试样的制备是在同一个试验室里完成 ， 试样 制备严格按照相 同的条件进行 。试样制备完后立 即放 入液氮中保存 ，随后把制备的试样发送到欧盟境 内的 l 0个不同的实验室测量扩散氢含量。在运输过程 中试 样在液氮 中保存 ， 以确保试样中的氢被固定而不逸 出。 部分 测 试结 果如 表 l所示 从表 1 可 以看出 ，水银法和热提取法在测量精度 上大体相当。热提取法伴随试验温度 的升高 ， 扩散氢含 量的测定值没有相应 的升高。可见热提取温度对扩散 氢的提取和收集没有太大影响 。对水银法和热提取法 计算测量结果的相对误差和绝对误差 。最大 的相对误 差 能 够 达 到 3 0 以上 ，扩 散 氢 含 量 小 于 5 m L l O 0 g 时 ，相对误差可达到 1 m L 1 0 0 g 。扩散氢含量大 于 5 m L 1 0 0 g 时 ， 相对误差可达到 1 5 mI V1 0 0 g 。在相 同的温度下 ， 同一种焊接材料 ， 测量结果 的相对误差也 很大 ， 最大误差可达到 3 0 ， 这说 明水银法和热提取法 都有一定的局限性 。 T h e r e s e D a h l s t r 6 m 利 用 多 元 矩 阵 数 据 模 型 对 T h o m a s K a n n e n g i e s s e r和 N i c o T i e r s c h的试验 结果 进 行分析 ， 认 为电弧电压 、 焊接 电流 、 送丝速 度 、 测试 时 间 、 测试温度、 环境湿度和焊缝金属总量对于水银法和 热提取法测试结果 的标准差有较大 的影响 在不 同的 测试条件下 ，单个测试结果之间与平均值之间的差异 不 同， 测试结果单个值之间差别较大。 一 _ _ 0 _【 g一 眯好堪 趟雾扭， 魈牲 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 俘 掳 专家论坛 。 一 在相对较大的测量误差。同一试样 ， 不同实验室采用水 银法 的测量结果差别很大 。最大值与最小值之间的差 距在 1 mL 1 0 0 g以上 ( HD 5 m L 1 0 0 g 时 ) 。可见 ， 目前 研 制低 氢 或者 超 低氢 的焊 接材 料 ，如焊 缝 金 属扩 散氢含量小于 5 mL 1 0 0 g的焊接材料 ， 焊缝金属扩散 氢含量小于 3 mL 1 0 0 g的超低氢焊接材料 ， 本身焊接 材料 的扩散氢就在一个很低 的水平 ，试验测量时存在 较大的误差 ，测量所造成的误差相对于实际扩散氢含 量来说是一个较大的数值 。 测量的不准确性造成 的 1 mL l O 0 g的误差足以使合格 的产品变成不合格 ， 不合 格产 品变成合格 。因此在 目前 的测试技术水平下 ， 单纯 的标定产品的扩散氢含量而不考虑测量误差带来的不 准确性是没有实际意义的，特别是对于低氢或超低氢 型的焊接材料 ， 在不 同地区 、 不 同环境 、 不 同实验室测 试 的结果差异性足以 昆 淆是非 。 3新 型 扩散氢 测试 方 法及 其精 度 熔敷金属扩散氢的精确测试 十分必要 。热电系数 为扩散氢含量的检测提供 了方便快捷 的检测手段。该 方法测试精度高 ，可用 于高强度低合金钢 、含镍铝青 铜 、 奥式体不锈钢和储氢合金 中氢含量 的检测9 - 10 。文 献 1 1 介绍了一种利用 电化学原理测量扩散氢含量 的 方法 ，该设备的原理是基 于氢在金属箔中的电化学渗 透原 理 ， 氢在 阴极输入 在 阳极被氧化成水 ， 通过检测 其 中的电信号 ， 利用氢的扩散方程和边界条件 ， 根据所 得到的电信号 ， 通过计算得到扩散氢 的浓度。该方法可 以检测千万分之一数量级 的扩散氢 ，测量精度 大大 的 提高“ 。 电化学渗透技术实现 了对材料中氢 的连续 和高灵 敏度的检测。这种技术提供了金属对氢 的渗透力和溶 解度( 2 9 3 3 9 8 K温度范围内) 的检测n 。 文献 1 3 介绍了测定钢铁材料中扩散氢 的新方 法 。该法 固体 电解质被施加一定 电压使氢分解成离子 和 电 子 ， 再 用 电 流计 测定 产 生 的 电子 量 ， 从 而测 出扩 散 氢 的数量 ， 该方法对焊缝熔敷金属 同样适用 。有 资 料介绍了一种基于电子 、 光学的新型扩散氢测定装置 。 它能够在短时间内( 1 h ) 产生足够的检测信号。但是这 种方法还不够完善 ， 在检测精度上有其局限性 ， 准确定 量 的检测扩散氢的含量还有一定难度 14 。X射线衍射 技术被用于在线检测氢含量分布 。获得扩散率 和溶解 度。但这种技术只能检测 2 0 8 O范围内不锈钢 中氢 的扩散情况 ， 有一定的局限性15 1 2 0 2 0 1 1年第 1 1期 氢致裂纹一直是 困扰焊接工作者 的难题 之一 ， 如 何评价焊接熔敷金属 的冷裂纹敏感性 。焊缝扩散氢含 量与裂纹敏感性之间的关系成为焊接工作 者关心的问 题 。G B 3 6 9 5 8 4中规 定 的小铁 研试 验方 法 已经废 止 ， 新的评价冷裂纹的方法还没有形成标准。G B O P试验 是用来检测焊缝横 向冷裂纹敏感性 的试验方法 ，张智 在研究此种方法时发现焊缝扩散氢含量与裂纹敏感性 之 间没有 很 好 的对应 关 系 。这种 情 况说 明 ： 一 是扩 散氢 的测量结果有待商榷 ，二是焊缝氢致裂纹敏感性的试 验方法还不够完善 ， 有待于焊接工作者继续研究论证 。 焊接熔敷金属 中氢含量 的精确高效检测方法的研 究一直在进行 中。焊缝氢致裂纹敏感性的准确简便评 定试验方法 的制定迫在眉睫，焊接材料研发工作者应 密切关注 4结 论 ( 1 )热提取法加热试样 ， 使扩散氢快速逸 出， 通过 热导传感器测量氢含量 减少 了测试时间， 可得到与水 银法相当的测量精度。 ( 2 )色谱 法 ， 水银法和热提取法 的测试精度难 以 满足低氢或者超低氢焊接材料评定 的要求 。在不 同的 测试条件下 ，单个测试结果之间与平均值之间的差异 不 同 ； 同一试 样 ， 不 同的实 验 室测量 的结果 不 同 ； 5 m L 1 0 0 g H 1 0 m L 1 0 0 g ， 测量误差达到 1 5 mL 1 0 0 g ； H 5 mL 1 0 0 g ， 测 量误 差 达到 1 m L 1 0 0 g ， 测试 误 差足 以混 淆是 非 ， 应慎 重应 用 。 ( 3 )深入焊接熔敷金属扩散氢含量 的精确高效检 测 方 法 以及 氢 致 裂 纹 敏 感 性 的准 确 快 速 评 价 十分 必 要 参考文献 1 王移 山 ， 尹士科 水银法测定焊缝 扩散 氢的影 响因素 J 钢 铁 研 究 报 ， 2 0 0 0， 1 2 ( 1 ) ： 5 9 6 2 2 余巍 ， 张京海 ， 易传宝 ， 等 环 境条件对 熔敷金属 中扩散 氢含量的影响 J 材料开发与应用 ， 1 9 9 9 ， 1 4 ( 1 ) ： 8 - 1 1 3 杨廷 春 ， 林 学 山 色谱 法测 定焊 缝扩 散 氢 J 焊 接学 报 ， 2 0 0 9 ， 3 0 ( 7 ) ： 9 4 9 6 4 刘翠荣 ， 吴 志生 C O ： 气保焊 焊缝 金属扩 散氢含量 的测定 山西机械 ， 1 9 9 8 3 ： 6 7 5 刘 翠荣 ， 吴 志生 焊缝金属 中扩散 氢的测定与分析 华北工 学院学报 ， 1 9 9 8 ， 1 9 ( 4 ) ： 3 0 9 3 1 1 6 T h o m a s K a n n e n g i e s s e r ， N i c o T i e r s c h M e a s u r e m e n t s 0 f d i f - f u s i b l e h y d r o g e n c o n t e n t s a t e l e v a t e d t e mp e r a t u r e s u s i n g 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m