熔敷金屬中擴散氫測定:技術參數與科學原理解析
2025-02-18 15:54:25
作者:考拉腐蝕 來源:考拉腐蝕
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在焊接技術的廣闊領域中,熔敷金屬中擴散氫的測定是保障焊接質量的關鍵環節。GB/T 3965—2012《熔敷金屬中擴散氫測定方法》為這一關鍵任務提供了科學且嚴謹的指導框架。
一、技術參數的精密考量
(一)試塊參數
材質要求:試塊選用C≤0.18%、S≤0.02%的非合金鎮靜鋼,這種特定成分的鋼材能為后續試驗提供穩定且一致的基礎條件,減少因母材自身因素對擴散氫測定的干擾。尺寸規格:試件組合由引弧板、中心試塊及引出板構成,不同類型的試塊(A 型、B 型、C 型)有著明確且細致的尺寸規定。例如,A型中心試塊長度為 80mm、寬度 25mm、厚度 12mm,引弧板、引出板長度≥50d(d 對于焊條電弧焊為≥25mm)。這些精確的尺寸設計,是基于焊接過程中熱傳遞、金屬熔敷均勻性以及擴散氫逸出特性等多方面因素確定的,直接影響著試驗結果的準確性和可重復性。
(二)焊接材料參數
焊條:在焊條的試驗要求上,針對不同目的(產品分類或產品檢驗)有不同的參數規定。產品分類試驗時,若焊條直徑無規定,采用φ4.0mm 的焊條,焊接電流比制造廠推薦的最大電流低 15A 或采用最大電流的 90%(公差控制在±10A),同時要調整焊接速度以保證在特定試塊上獲得規定質量的熔敷金屬。這些參數的嚴格設定,是為了模擬實際生產中的焊接情況,確保試驗結果能真實反映焊條在不同應用場景下的擴散氫釋放情況。埋弧焊材:埋弧焊絲和焊劑同樣有詳細的參數要求。焊絲在產品分類試驗時,要保證在特定試塊上獲得規定質量的熔敷金屬;焊劑的烘干規范根據試驗目的不同,嚴格執行產品標準規定或制造廠推薦。這些參數的控制,旨在研究埋弧焊過程中焊接材料對擴散氫含量的影響規律,為優化焊接工藝提供依據。
(三)焊接參數
各種焊接方法的熱輸入應不大于 3kJ/mm,熱輸入計算公式的引入,使得焊接過程中的能量輸入得以精確量化。通過控制熱輸入,可以有效調節焊接時的溫度場分布,進而影響氫在熔敷金屬中的擴散和逸出行為,確保試驗條件的一致性和可比性。
二、科學原理闡釋
(一)測定原理
水銀法:基于置換法的原理,將擴散氫收集到真空、充滿水銀的毛細管內進行測量。在這個過程中,利用了氫與水銀的物理特性差異,擴散氫進入毛細管后置換水銀,通過測量水銀的位移來確定氫的體積。這種方法巧妙地利用了物質的物理性質,實現了對擴散氫的定量分析。熱導法:采用熱導檢測器(TCD),其核心原理是基于不同氣體具有不同的熱導率。當含有擴散氫的混合氣體與載氣一起進入熱導池時,由于混合氣的熱導率與純載氣不同,會導致熱導池中熱絲的溫度和電阻發生變化,進而使電橋輸出端產生不平衡電位,將此電位信號轉化為氫氣體積的測量值。這種基于物理電學和熱學原理的檢測方法,具有高精度、高靈敏度的特點,能夠準確測量擴散氫含量。
(二)擴散氫的科學本質
在電弧焊過程中,含氫化合物在電弧高溫下分解成單原子氫,大量溶解在熔池中。熔池凝固時,一部分氫逸出,另一部分留在焊縫中。在金屬焊縫中,氫大部分以 H、H?或 H?形式存在,與焊縫金屬形成間隙固溶體。由于氫半徑小,一部分氫在焊縫金屬晶格中自由擴散,成為擴散氫;另一部分擴散聚集到晶格缺陷、顯微裂紋和非金屬夾雜物邊緣的空隙中結合為分子,不能自由擴散,成為殘余氫。了解擴散氫的形成機制和存在形態,對于理解擴散氫測定方法的科學意義和實際應用價值至關重要。
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