焊缝金属中的氢主要来自焊条药皮、焊剂、焊件或空气中的湿气、油类、铁锈等。在高温下氢分解为原子氢,并大量熔于液态金属中。冷却时,氢在钢中的溶解度急速下降,由于焊缝冷却很快,氢来不及逸出,保留在焊缝金属中。以过饱和状态存在于焊缝中的氢,大多为原子状态,在常温下能在晶格中自由扩散,称扩散氢;少量氢在晶格缺陷、夹杂物等空隙处结合成氢分子,形成氢化物,不能在常温下自由扩散的称残余氢。

溶解在焊缝中的氢,过一段时间会在焊缝局部或熔合线附近聚集,这是由于焊接应力和焊缝中微观缺陷的存在而造成的。氢聚集到一定程度,就会导致焊缝或热影响区产生冷裂纹,这种裂纹也叫氢致裂纹,即所谓的延迟裂纹。焊缝中的氢还会产生气孔。裂纹和气孔的特点是永久性,是绝对不允许的。

其中延迟裂纹主要有三种形态:

(1)焊趾裂纹:裂纹起源于被焊金属和焊缝交界的应力集中处裂纹走向与焊道相平行,由焊趾表面的应力集中处开始向被焊金属的深处扩展。

(2)焊道下裂纹:一般情况下裂纹走向与熔合线平行,但是,也有的裂纹是垂直熔合线的,这种裂纹经常发生在淬硬倾向较大、含氢量较高的焊接热影响区。

(3)根部裂纹:这是延迟裂纹中比较常见的裂纹形态,与焊趾裂纹相似,起源于焊缝根部应力集中最大的部位,可能出现在焊接热影响区的粗晶段,也可能出现在焊缝金属内。主要发生在含氢量较高、预热温度不足的情况下。

氢对焊缝金属和母材的危害还有氢脆,即塑性、韧性大幅度降低。氢还会在焊缝中形成白点等。其特点是:焊缝经过时效或热处理后,焊缝中的氢从焊接接头中向外逸出,氢脆和白点基本可消除。所以,一直以来,人们从焊件母材、焊接材料、焊接方法和焊接工艺等方面采取种种措施来减少氢的来源及危害。

控制氢的措施

(1)严格限制焊接材料的含氢量选用低氢焊条,同时,焊接材料在使用前,必须进行再烘干,这是生产过程去氢的最好的方法。实验表明,升高烘干温度可大大降低焊缝金属的含氢量,但是,烘干焊条的温度也不可过高,否则,焊条药皮内的铁合金将被氧化造气剂被过早地分解,从而丧失它本身在焊接过程中的保护作用。