焊接过程气体对金属的作用-氢
焊接材料的氢脆性分析与控制
焊接材料的氢脆性分析与控制引言焊接是一种常见的金属连接方法，广泛应用于制造业和建筑业等领域。
然而，焊接过程中存在一个重要的问题，即氢脆性。
氢脆性是指在焊接过程中，金属材料吸收了过多的氢气，导致焊接接头的脆性增加，从而降低了焊接接头的强度和韧性。
本文将对焊接材料的氢脆性进行分析，并探讨如何有效控制氢脆性的发生。
一、氢脆性的成因氢脆性的形成主要与焊接过程中的氢气吸收有关。
在焊接过程中，由于焊接材料的表面存在氧化物或水分，当焊接材料处于高温状态时，水分分解产生氢气。
这些氢气会渗入焊接接头中，并在冷却过程中扩散到晶界和夹杂物周围。
当氢气聚集到一定程度时，会导致晶界的脆化，从而引起氢脆性的发生。
二、氢脆性的影响氢脆性对焊接接头的性能有着重要影响。
首先，氢脆性会降低焊接接头的强度和韧性，使其易于发生断裂。
其次，氢脆性还会导致焊接接头的塑性变形能力下降，使其在受力时更容易发生变形和破裂。
此外，氢脆性还会影响焊接接头的耐腐蚀性能，加速材料的腐蚀速度。
三、氢脆性的分析方法为了有效分析焊接材料的氢脆性，可以采用多种方法。
首先，可以利用金相显微镜观察焊接接头的晶界和夹杂物周围是否存在氢气聚集的现象。
其次，可以通过拉伸试验和冲击试验等力学性能试验，评估焊接接头的强度和韧性是否受到氢脆性的影响。
此外，还可以使用电化学测试方法，测量焊接接头的腐蚀电流密度，评估氢脆性对焊接接头耐腐蚀性能的影响。
四、氢脆性的控制方法为了控制焊接材料的氢脆性，可以采取一系列的措施。
首先，可以在焊接前对焊接材料进行预热处理，提高焊接材料的温度，从而促进氢气的扩散和释放。
其次，可以选择合适的焊接材料和焊接工艺，避免使用容易产生氢气的材料，减少氢气的吸收。
此外，还可以在焊接过程中采用保护气体，如氩气，减少氧化物和水分的生成，从而减少氢气的产生。
五、案例分析为了更好地理解焊接材料的氢脆性分析与控制，以下以某焊接接头为例进行分析。
首先，通过金相显微镜观察焊接接头的晶界和夹杂物周围存在氢气聚集的现象。
焊接和切割金属用的气体
焊接和切割金属用的气体
焊接和切割金属是制造业中常见的工艺，而气体则是这些工艺
中不可或缺的一部分。
焊接和切割金属通常需要使用各种气体来提
供燃料、保护和冷却。
下面我们将讨论一些常见的用于焊接和切割
金属的气体。
首先，氧气是焊接和切割金属中最常用的气体之一。
在焊接过
程中，氧气可以与燃料气体（如乙炔）结合，产生高温火焰，用于
熔化金属并连接工件。
在切割金属时，氧气也可以与金属反应，产
生氧化物并通过高压氧气流将金属切割成所需形状。
其次，乙炔是另一种常用的焊接和切割金属的气体。
乙炔与氧
气混合后可以产生高温火焰，用于焊接和切割金属。
乙炔的高温火
焰可以提供足够的热量，以使金属熔化并形成牢固的连接。
除了氧气和乙炔，还有其他一些气体也被用于焊接和切割金属。
例如，氩气常用于保护气体焊接，以防止熔化的金属与空气中的氧
气和水蒸气发生反应。
二氧化碳也常用于保护气体焊接，同时也可
以作为切割金属时的辅助气体。
总的来说，焊接和切割金属用的气体在制造业中扮演着至关重要的角色。
不同的气体可以提供不同的功能，如提供燃料、保护和冷却，从而帮助工人们完成高质量的焊接和切割工艺。
因此，了解和正确使用这些气体对于确保工作安全和生产效率至关重要。
焊缝金属扩散氢测定
由金属表面扩散溢出的微小氢气泡必须通过收 集介质浮升到集气管顶部，为使氢气泡通过介质时 不至于对测量结果有影响，必须要求介质具有一定 的物理和化学性能。
具体要求是：对氢的溶解度较小，具有低的蒸汽 压力，化学稳定性好，对人体无害和液体的粘度值 低及价格便宜。
目前所用的介质有：甘油，石蜡油，酒精，水 银。20mol K2CO3以及硅油等。 甘油和石蜡油的主要缺点是粘度大；水银有害于人 体健康，且价格昂贵；酒精则可能溶解氢且容易挥 发，因此，没有一种介质能完全满足要求。
索氏体 （S）
贝氏体（B）
马氏体 （M）
奥氏体（A）
（cm2/s） 4.0×10-7 3.5×10-7 3.2×10-7 2.5×10-7 2.1×10-12
5.焊缝金属的含氢量影响因素
（1）大气温度与湿度；（2）保护气体 的含水量；（3）焊丝及工件的清理质量； （4）焊接材料的型号、烘焙温度、保温时 间和存放条件；（5）所用的焊接方法、工 艺参数、焊接电流的种类和极性；（6）焊 件的焊后热处理 等
便在焊缝中产生氢气孔。
碳钢或低合金钢焊缝,若含氢量高,则常常在其拉伸 或弯曲断面上出现银白色圆形局部脆断点,即所谓 的白点
（2）氢使焊缝在室温附近塑性严重下降,称为氢脆
3. 氢的产生及来源
由于焊接方法不同，导致氢向金属中溶解的 途径也不相同。对于手弧焊，氢主要以两个途 径进入焊缝金属中。 ⑴氢通过气相与液相金属的界面以原子或质子 的形式被吸附后溶入金属中。 ⑵氢是通过熔渣层以扩散形式溶入金属中。
⑶极性选择按说明书规定，交直流两用 的焊条采用交流焊接
3. 实验方法及步骤
测氢试验的基本操作过程和步骤如下： 焊前准备 焊接 水冷 清洗 吹干放
入气体收集器。
氢气保护热处理-概述说明以及解释
氢气保护热处理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容可以主要介绍氢气保护热处理的背景和相关概念。
可以按照以下方式进行撰写：引言部分：氢气保护热处理的重要性和应用范围氢气保护热处理是一种重要的金属加工技术，主要通过在高温下将金属与氢气接触，以改善材料的性能和延长其使用寿命。
这种热处理方法已经在工业领域得到广泛应用，并逐渐成为金属工业中的重要环节。
随着现代工业技术的不断发展，对于金属材料的要求越来越高，例如高强度、高韧性、高耐腐蚀性等特性。
而氢气保护热处理作为一种有效的改性方法，在满足这些要求的同时，也能提高材料的硬度和耐磨性。
氢气保护热处理的基本原理在氢气保护热处理中，金属材料首先置于高温环境中，然后与氢气接触。
在高温下，氢气可以渗透到金属的晶格中，与其中的不纯物质或缺陷相结合，从而改善材料的性能。
通过这种方式，氢气保护热处理可以使金属材料具备更好的韧性、硬度和耐腐蚀性等性能。
不仅如此，氢气保护热处理还可以促进晶粒细化和析出物的生成，从而进一步提高材料的性能。
这是因为高温下的氢气可以促进晶界迁移和析出物的形成，使得材料的晶粒更加均匀细小，从而提高材料的强度和韧性。
综上所述，氢气保护热处理作为一种有效的改性方法，已经在许多领域得到了广泛应用。
它不仅能够改善金属材料的性能，还可以提高材料的延展性和耐腐蚀性，适用于包括航空航天、汽车制造、机械制造等行业。
本文将进一步探讨氢气保护热处理的定义、原理和应用领域，并对其未来的发展进行展望。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以包括以下几个方面：1.2 文章结构本文将按照以下结构进行论述：第一部分为引言部分，主要包括概述、文章结构和目的。
在概述中，将简要介绍氢气保护热处理的背景和相关概念。
文章结构部分则说明了本文的章节安排和内容分布，使读者对文章整体有一个清晰的认识。
目的部分则明确了本文撰写的目的和意义，为后续内容的论述提供了指导和依据。
接下来的第二部分是正文部分，主要包括氢气保护热处理的定义和原理，以及其在应用领域的具体案例。
焊接用气体的分类
1． 焊接用气体的分类根据各种气体在工作过程中的作用，焊接用气体主要分为保护气体和气焊、切割时所用的气体。
1.1 保护气体保护气体主要包括二氧化碳（CO 2）、氩气（Ar ）、氦气（He ）、氧气（O 2）和氢气（H 2）。
国际焊接学会指出，保护气体统一按氧化势进行分类，并确定分类指标的简单计算公式为：分类指标=O 2%+1/2CO 2%。
在此公式的基础上，根据保护气体的氧化势可将保护气体分成五类。
Ⅰ类为惰性气体或还原性气体，M 1类为弱氧化性气体，M 2类为中等氧化性气体，M 3和C 类为强氧化性气体。
保护气体各类型的氧化势指标见表1。
焊接黑色金属时保护气体的分类见表2。
1.2 气焊、切割用气体根据气体的性质，气焊、切割用气体又可以分为两类，即助燃气体（O2）和可燃气体。
可燃气体与氧气混合燃烧时，放出大量的热，形成热量集中的高温火焰（火焰中的最高温度一般可达2000～3000℃），可将金属加热和熔化。
气焊、切割时常用的可燃气体是乙炔，目前推广使用的可燃气体还有丙烷、丙烯、液化石油气（以丙烷为主）、天然气（以甲烷为主）等。
几种常用可燃气体的物理和化学性能见表3。
2 焊接用气体的特性不同焊接或切割过程中气体的作用也有所不同，并且气体的选择还与被焊材料有关，这就需要在不同的场合选用具有某一特定物理或化学性能的气体甚至多种气体的混合。
焊接和切割中常用气体的主要性质和用途见表4，不同气体在焊接过程中的特性见表5。
表4 焊接常用气体的主要特征和用途2.1 二氧化碳气体（CO2）（1）CO2气体的性质CO2气体是氧化性保护气体，CO2有固态、液态、气态三种状态。
纯净的CO2气体无色、无味。
CO2气体在0℃和1atm（101325Pa）下，密度是1.9768g/L，是空气的1.5倍。
CO2易溶于水，当溶于水后略有酸味。
CO2气体在高温时发生分解（CO2→CO+O，-283.24kJ），由于分解出原子态氧，因而使电弧气氛具有很强的气体性。
焊接区内的气体对焊接质量的影响
焊接区内的气体对焊接质量的影响气焊过程中焊接区内的大量气体是由一氧化碳、二氧化碳、水蒸汽、氧气、氮气以及由它们分解的产物和金属、熔渣的蒸气等组成的混合气体。
其中对焊接质量影响最大的是氧气(O2)、氢气(H2)和氮气(N2)。
一、氧的影响(一)氧的来源气焊过程中不可避免地有氧气侵入，如气体火焰中自由状态的氧常常进入内焰而侵入熔池．外焰中的二氧化碳和水蒸汽中的氧，也常和熔池内液体金属及其附近的热态金属化合；当气焊火焰因风吹歪斜偏离熔池、焊炬过早离开熔池，都使气体火焰不能很好地保护熔池而造成空气中的氧侵入焊接区；再者，焊丝、熔剂和母材中溶解的氧或氧化物，金属表面的油脂、铁锈、油漆等污物及熔剂内部的结晶水等均构成了氧的来源。
(二)氧对焊接和焊接质量的影响由于金属本身在加热到很高温度时非常容易氧化，致使焊缝金属及其合金元素迅速被氧化而形成氧化物。
氧对焊接和焊接质量的主要影响有：1．使焊缝金属及合金元素被烧损，造成焊缝的力学性能下降。
在熔滴和熔池表面，铁被氧化成氧化亚铁(FeO)，当钢中存在过量的氧时便生成三氧化二铁(Fe2O3 )，这些铁的氧化物以不规则的点状凝集物或在晶界成不完整的褐色细网的形式存在，在碳钢和合金钢中除了基体铁被氧化，其它元素，例如碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、钛(Ti)和铬(Cr)等也会被氧化。
氧化的结果使熔池中有益的元素烧损，使焊缝金属的强度、硬度和塑性等发生明显的下降。
如图2—10所示为氧对低碳钢力学性能的影响。
焊接有色金属时的氧化反应，如焊接紫铜时，当温度接近铜的熔点(1083℃))，在焊缝结晶时，氧化亚铜又会和铜形时，铜很容易被氧化生成氧化亚铜(CuO2成低熔点共晶(CuO·Cu)分布在铜的晶界上，使焊缝容易产生热裂纹，降低其接2头性能。
焊接黄铜时，黄铜所含的锌(Zn)很容易在焊接火焰温度下气化、蒸发和氧化，从而改变黄铜的化学成分，使焊接接头的力学性能和抗腐蚀性能降低。
气焊气割常用气体的性质及使用安全要求
气焊气割常用气体的性质及使用安全要求气焊气割是金属加工过程中常见的手段，其使用的气体种类较为多样。
本文就气焊气割常用气体的性质以及使用安全要求作一简单介绍。
气焊气割常用气体种类1.活性气体：氧气、氮气、氩气、氦气2.燃烧气体：乙炔、丙烷、甲烷、氢气活性气体性质氧气氧气在空气成份中的含量为21%，使火焰迅速燃烧。
使用过程中注意氧气具有生火性，需避免火花、烟草和其它易燃物接触。
氮气氮气被用作惰性气体，稳定化焊接现场，同时还可以防止新焊接区域与外界空气发生化学反应。
另外，氮气用于惰性气体焊顶、采样、泄漏检测等方面。
氩气氩气是常见的惰性气体，其稳定性好，常被用于TIG焊接中，可用于对铁、钢、铜、镁、铝等材料进行焊接，并且使用氩气焊接可以保证产品质量，还可以使焊接的表面形态变得更加平滑。
氦气氦气在焊接工作中具有较好的稳定性，其使用范围广泛，可用于焊接各种金属、切割以及焊接和切割同时进行的特殊工艺等。
燃烧气体性质乙炔乙炔是一种门槛低、可燃性强、强制燃烧温度高的燃气。
在使用乙炔之前，必须注意储存、输送和使用过程中必须杜绝火源和过度振动，以免出现爆炸。
丙烷丙烷气体的燃烧效果稳定，速度较快，其加热效果比乙炔稍逊。
丙烷是一种安全的燃气，使用过程中需要注意防止过度振动、维护气瓶、杜绝火源等。
氢气氢气的燃烧效果明显，常被用于高温高速灼烧的切割过程中。
使用氢气时，需避免与氧气混合使用，否则将会产生剧烈的爆炸。
甲烷甲烷在焊接过程中使用广泛，其加热效果较好，可以实现多种加热方式，且使用安全。
使用安全要求1.必须储存气瓶，且储存气瓶的地方必须通风良好，并保持干燥。
2.使用过程中必须杜绝火源和过度振动。
3.建议使用特制的气体管道，其管道内压力应保证稳定，且管道表面应保持干净和整洁。
4.气体使用压力要按照气瓶标识所示的最高压力使用，不得超压使用。
5.当气瓶使用完毕后，应将其排空，并进行适当的清洗和维护。
以上是气焊气割常用气体的性质及使用安全要求的介绍，希望能对您的工作带来一些帮助。
氢原子焊的基本原理
氢原子焊的基本原理
氢原子焊是一种利用氢气所产生的化学反应热和电弧辐射热来实现金属的焊接的，其原理示意如图3-4所示，在焊枪上有两个喷嘴和两根作为电极的钨棒，电弧在两根有一定夹角的电极之间产生，呈扇形的电弧使从嘴头喷出的氢气产生大量的化学反应热，并与电弧的辐射热一道熔化本体金属和填充焊丝。
原子氢焊也是一种非熔化极气体保护焊，不过此时氢气不仅是保护介质，而且还起传递热量的作用。
氢气在电弧高温中的化学反应过程如图3-5所示。
从两嘴头喷出的氢气形成气幕罩住熔池区，电弧区域的氢气(H2)，在高温作用下发生吸热分解反应而成为氢原子（H）。
分解后的氢原子(H)与较冷的工件接触，又重新结合为氢分子（H2），同时，放出原来从电弧中吸收的热量而熔化焊件和焊丝。
图3-4 氢原子焊示意图3-5 氢气在电弧中的反应过程由此可见，氢原子焊熔化焊件和焊丝的热量，主要来源于氢气所产生的化学反应热和电弧的辐射热。
同时，氢气在高温作用下能与空气中的氧、氮化合，而防止它们侵入熔池，对焊接区起保护作用。
由此可见，氢原子焊时，由于氢气熱容量和热传导系数高，在高温时分解度又很大，因此，对真电弧的冷却作用很强，使引弧发生困难，所以，要求焊接电源具有较高的空载电压（达300V），作业人员应加强防止电击的安全措施。
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H2O (SimOnq ) 2(OH ) (SimOn(q12) )
渣中自由氧离子↑水的溶解 度↑。 渣中含有氟化物，有
(OH ) （F ) (O2 ) HF
渣中水的溶解度↓
氢从渣中向金属中过渡：
（Fe2 ) 2(OH ) [Fe] 2[O] 2[H ] [Fe] 2(OH ) (Fe2 ) (O2 ) 2[H ]
氢对金属的作用
氢主要来源于焊接材料中的水分、含氢物质及 电弧周围空气中的水蒸气。 氢在金属中的溶解 根据氢与金属作用的特点可分为两类：
① 能形成稳定氢化物的金属：Zr、Ti、V、Ta、 Nb等，金属吸收氢是放热反应，较低温度下吸收大 量氢。
② 不形成稳定氢化物的金属：Al、Fe、Ni、Cu、 Cr、Mo等，但能溶解氢，溶解氢是吸热反应。
- 形成气孔 - 产生冷裂纹
控制氢的措施Biblioteka - 限制焊接材料中的含氢量
焊接材料存放时间与吸水量有关
- 清除焊丝和焊件表面的杂质 焊丝和焊件坡口附近表面的铁锈、油污、吸附
水等是增加焊缝含氢的原因之一。
- 冶金处理 降低气相中氢的分
压，可减少氢在液态金 属中的溶解度。通过调整 材料使氢形成比较稳定的 氢化物（HF、OH）。
甘油法或水银法可测定熔敷金属扩散氢。 熔敷金属的扩散氢含量：指焊后立即按标准方法 测定并换算为标准状态下的含氢量。 真空加热法可测量残余氢含量
氢在焊接接头中的扩散和分布是一个比较复杂的问题， 至今尚未充分认识。
焊接条件下，引起氢扩散的原因有：浓度、温度、组织 结构、应力等，扩散模型建立和试验研究都存在困难。
2(OH ) (O2 ) [O] 2[H ]
金属通过渣进入金属，其溶解度取决于气相中水 和氢的分压、熔渣的碱度、氟化物的含量。
氢通过气相进入金属，溶解度取决氢的状态。如为分子 态，溶解度符合平方根定律
SH KH2 pH2
实际上，电弧焊气相中 氢不完全是以分子态存在， 还有相当多的原子氢和离子 等。电弧焊时氢的溶解度比 用平方根定律计算出来的标 准溶解度高得多。
合金元素对氢在Fe中 溶解有很大影响。
氢在固态钢中的溶解度与 组织有关。在奥氏体的溶解度 >铁素体+珠光体
焊缝金属中的氢及其扩散
扩散氢：以H、H-、H+形式存在，与金属形成间隙固溶 体可自由扩散。 残余氢：聚集到陷阱（晶格缺陷、显微裂纹、非金属夹 杂）中，结合成分子，不能自由扩散。
随放置时间的增加， 扩散氢↓，残余氢↑，总 的含氢量↓。
① 药皮和焊剂中加入氟化物 ② 控制材料的氧化势
[H ] pH2 pH2O [O]
增加熔池中含氧量或气相中的 氧化性可减少熔池中氢的平衡 浓度。
③ 加入微量的稀土或稀散元素
- 控制焊接工艺参数 手工电弧焊， I↑熔滴吸氢↑； U↑焊缝含氢↓。 电流种类和极性对焊缝含氢量 有影响。
通过工艺参数限制氢很有限。
氢对焊接质量的影响
-氢 脆 氢脆：氢在室温附近使钢的塑性严重下降的现象。
氢脆是由于溶解在晶格 中的氢引起的，变形导致位错 运动堆积，形成显微空腔，氢 在空腔聚集结合成分子，产生 很高的压力，金属变脆。
- 白点 白点：碳钢或低合金钢焊缝，如含氢量高，常在其拉伸 或弯曲断口出现银白色圆形局部脆断点。
- 脱氢处理 将焊件加热到一定温
度，促使氢扩散外逸。
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
溶解途径
焊接方法不同，氢向金属中溶解的途径不同。 - 气体保护焊，氢以原子或质子的形式溶入金属； - 电渣焊，氢通过渣层溶入金属； - 手工焊和埋弧焊，上述途径兼而有之。
氢通过渣溶入金属，氢或水首先溶入渣中。 对含有自由氧离子的渣
H2O (O2 ) 2(OH )
对不含自由氧离子的渣