工艺条件对熔敷金属中扩散氢影响的试验研究

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1、工艺条件对熔敷金属中扩散氢影响的试验研究沈阳市特种设备检测研究院孔令伟王玉马毅沈鼓集团压力容器有限公司王鹏摘要：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°C/lh烘干工艺下，扩散氢含量最低；试件在650°C/lh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、

2、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［1~5］外学者普遍的重视。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［6〜7］成为控制氢致裂纹的有效途径。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

3、扩散氢含量，则是需要我们只体研究和解决的问题。对此，木文采用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

4、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。表1Q345R化学成分及力学性能1.2试验方法及设备(1)焊接工艺：试验采用焊条电弧焊，电流按制造厂推荐最大电流值的90%

5、选用；电压22-26V;焊接速度25-28cm/min，约为每10mm焊缝消耗12mm-13mm焊条。(2)试验方法:分别采用φ4.0mm、φ5.0mm的」507、J507RH焊条测试热输入对扩散氢含量的影响；分别采用不烘干、烘干350°C/lh和烘干400°C/lh的j507RH(φ5.0mm)焊条测试烘干温度对扩散氢含量影响；采用J507(φ5.0mm)、J557(φ5.0mm)焊条测试强度等级对扩散氢含量的影响；采用不消氢试件、消氢350°C/6h和650°

6、C/lh的试件测试试件预处理条件对扩散氢含量的影响。试验采用热导法，标样气体为氦气。在检测仪中将试样加热至400°C，进行扩散氢的收集和测定。(3)试验设备：试验采用LECODH603型美国力可氢含量检测仪，另需准备冰块，液氮简、数显天平等试验仪器设备。1.试验过程扩散氢试验步骤如下：1)将经过指定消氢处理的试件加工至规定尺寸后，在中心试件背面做好标记，并清除汕污，在数显天平上进行称重，精确到O.Olg,记录数据。2）将试件组合固定于铜制工装上，采用短弧焊接，运条保持稳定。表2试验焊材的化学成分及力学性

7、能3）焊接息弧后3〜5S内松开卡具，将试件组合放入冰水混合物中搅拌（20&plUsmn;2）S,然后立即转入液氮保温桶中存储。4）至少2分钟后取出，将引弧板与息弧板敲断并清理熔渣，测量焊缝长度，保证去掉引弧板及息弧板和清理过程吋间不超过60S，5）若不能保证，需要重新放冋低温液氮中。6）从低温液氮中取出中心试块，放入蒸馏水中，清掉试块表面冰渣，并在丙酮溶液中清洗，风干后再次进行称重，记录数据。7）将试件放入检测仪中，进行扩散氢的收集测量。1.试验结果及分析3.1焊接热输入对熔敷金属扩散氢的影响焊接热输入

8、对焊条扩散氢含量有较大影响。由于采用短弧焊接，焊接电压对扩散氢的影响可忽略不计，焊接热输入对扩散氢的影响主要体现在焊接电流对扩散氢含量的影响方面。试验分别选用不同直径的J507>J507RH焊条进行测试，检测数据如图1所示。图1不同焊条直径与扩散氢变化关系由图1可知，在相同条件下，J507焊条、J507RH焊条均随着焊条直径的增加，焊接电流增大，焊接热输入增大，艽扩散氢含量也随之增加。其主要原因分析如下：随着焊接电流的增大，加剧了电弧中的氢