淺談氣泡法在氫脆檢驗(yàn)中的應(yīng)用

李川

摘 要：在機(jī)械行業(yè)，特別是汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)，標(biāo)準(zhǔn)件、特標(biāo)件大多采用電鍍鋅的表面處理方式，而高強(qiáng)度等級(jí)的螺栓產(chǎn)品電鍍后容易產(chǎn)生氫脆斷裂問(wèn)題，本文通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)，介紹了氣泡法的操作方法及使用該方法時(shí)該注意的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：氣泡法;氫脆檢測(cè);鍍鋅;高強(qiáng)度螺栓;U型螺栓

1 前言

某公司某型號(hào)的U型螺栓在使用過(guò)程中出現(xiàn)異常斷裂的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)分析檢驗(yàn)，該產(chǎn)品的化學(xué)成份、基體組織無(wú)異常，硬度檢測(cè)符合相關(guān)技術(shù)條件要求（HB316-375），初步判斷為產(chǎn)品氫脆斷裂。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般的氫脆問(wèn)題都是在裝配后的24小時(shí)內(nèi)發(fā)生，而國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 《GB/T3098.17 緊固件機(jī)械性能 檢查氫脆用預(yù)載荷試驗(yàn) 平行支撐面法》只在產(chǎn)品生產(chǎn)商在生產(chǎn)工序完成后進(jìn)行試驗(yàn)適用。針對(duì)這種情況，在產(chǎn)品采購(gòu)入庫(kù)時(shí)，需要一種快速有效的檢驗(yàn)方法對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行氫脆檢驗(yàn)，以減少質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)及質(zhì)量損失。

2 試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果

2.1 斷口分析

對(duì)上述某公司斷裂的U型螺栓進(jìn)行取樣，如圖1、圖2所示，零件在斷裂部位附近外表面存在肉眼可見(jiàn)裂紋，斷口平齊，沒(méi)有塑性變形現(xiàn)象，斷口干凈，未見(jiàn)銹蝕等腐蝕產(chǎn)物，在斷口上可觀察到些許白點(diǎn)。

樣品經(jīng)超聲波清洗之后，使用掃描電子顯微鏡下進(jìn)行觀察，在67X和2000X下觀察斷面，發(fā)現(xiàn)斷口處存在放射性條紋，其微觀形貌為沿晶+解理（見(jiàn)圖3），斷口中部微觀形貌為韌窩+沿晶，并伴隨有雞爪形的撕裂棱（見(jiàn)圖4），符合典型的脆性沿晶斷裂特征。

2.2 氣泡法檢測(cè)結(jié)果

在上述同一零件上取樣，經(jīng)清潔并烘干后置于120±10℃凡士林中加熱3～5分鐘，觀察氣泡產(chǎn)生及逸出情況。試驗(yàn)過(guò)程中在產(chǎn)品表面出現(xiàn)大量氣泡逸出（見(jiàn)圖5）。而同樣試驗(yàn)條件下，另外批次產(chǎn)品的樣件未出現(xiàn)氣泡（見(jiàn)圖6）。

2.3 不同生產(chǎn)條件對(duì)比試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

取同一型號(hào)產(chǎn)品，按照正常生產(chǎn)條件、非正常生產(chǎn)條件狀態(tài)（①取消去氫工序②延長(zhǎng)酸洗時(shí)間30min，延長(zhǎng)電鍍時(shí)間15min），用氣泡法檢測(cè)結(jié)果如表1：

通過(guò)上述試驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)，a、產(chǎn)品中的含氫情況可通過(guò)氣泡法觀察出來(lái);b、酸洗時(shí)間和電鍍時(shí)間會(huì)影響產(chǎn)品滲氫程度。

3 氣泡法試驗(yàn)方法

氣泡法是指將清潔并烘干的被測(cè)件置于180±10℃適量的石蠟（或者120±10℃硅油或凡士林）中加熱3～5分鐘，觀察氣泡產(chǎn)生及逸出情況，由此判斷產(chǎn)品含氫情況：

a.如樣品中有密集、連續(xù)氣泡逸出并時(shí)間較長(zhǎng)（加熱3分鐘仍有氣泡逸出）;說(shuō)明樣品中含氫或是含氫量較高，該批產(chǎn)品判定可疑或者不合格。如3分鐘后仍未看到有氣泡逸出，說(shuō)明樣品中不含氫或是含氫量極低，該批產(chǎn)品判定可接收。

b.因產(chǎn)品未清洗干凈或表面處理材料會(huì)在加溫初期形成個(gè)別氣泡（初放樣品時(shí)的氣泡）或者粘附在產(chǎn)品表面上較長(zhǎng)時(shí)間而不上升的氣泡，為無(wú)效氣泡，該批產(chǎn)品判定可接收。

c.若產(chǎn)品放入加熱至規(guī)定溫度的溶液中保溫3分鐘內(nèi)有少量氣泡，但3分鐘后無(wú)氣泡逸出，該批產(chǎn)品判定可接收。

4 應(yīng)注意的問(wèn)題

4.1 待檢產(chǎn)品應(yīng)用汽油、酒精等清洗劑清洗、沖洗、烘干處理，確認(rèn)表面不存在污染物并且是干燥的。

4.2 因溶液使用時(shí)間較長(zhǎng)或產(chǎn)品未清洗干凈而帶入溶液的雜質(zhì)，造成溶液透光率下降至不足原溶液的75%左右時(shí)會(huì)影響觀察，需定期更換溶液;

4.3 該方法僅可以判別產(chǎn)品中是否含有氫，但是無(wú)法判別單位體積氫含量，試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)大量氣泡的現(xiàn)象不代表就會(huì)100%出現(xiàn)氫脆斷裂的問(wèn)題，但可以明確該狀態(tài)下，氫脆斷裂的風(fēng)險(xiǎn)大大提高，針對(duì)判定為可疑或者不合格的產(chǎn)品，應(yīng)謹(jǐn)慎對(duì)待。

5 結(jié)語(yǔ)

氣泡法操作簡(jiǎn)單、用時(shí)短、成本低，其試驗(yàn)結(jié)果目前沒(méi)有形成統(tǒng)一規(guī)范的技術(shù)要求，可作為減小氫脆風(fēng)險(xiǎn)的一個(gè)參考依據(jù)。建議使用該方法進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，不斷地補(bǔ)充完善，形成本公司內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，甚至是行業(yè)規(guī)范。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB/T3098.17 緊固件機(jī)械性能 檢查氫脆用預(yù)載荷試驗(yàn) 平行支撐面法.

[2]孫升.螺栓氫脆檢測(cè)方法及標(biāo)準(zhǔn)分析.航天標(biāo)準(zhǔn)化 2011年第1期.

[3]陳昌達(dá).40CrNiMoA鋼螺栓斷裂原因分析《理化檢驗(yàn)（物理分冊(cè)）》.2011.