浅谈气泡法在氢脆检验中的应用

李川

摘 要：在机械行业，特别是汽车生产企业，标准件、特标件大多采用电镀锌的表面处理方式，而高强度等级的螺栓产品电镀后容易产生氢脆断裂问题，本文通过对比试验，介绍了气泡法的操作方法及使用该方法时该注意的问题。

关键词：气泡法;氢脆检测;镀锌;高强度螺栓;U型螺栓

1 前言

某公司某型号的U型螺栓在使用过程中出现异常断裂的问题，经过分析检验，该产品的化学成份、基体组织无异常，硬度检测符合相关技术条件要求（HB316-375），初步判断为产品氢脆断裂。根据经验，一般的氢脆问题都是在装配后的24小时内发生，而国家标准 《GB/T3098.17 紧固件机械性能 检查氢脆用预载荷试验 平行支撑面法》只在产品生产商在生产工序完成后进行试验适用。针对这种情况，在产品采购入库时，需要一种快速有效的检验方法对产品进行氢脆检验，以减少质量风险及质量损失。

2 试验过程及结果

2.1 断口分析

对上述某公司断裂的U型螺栓进行取样，如图1、图2所示，零件在断裂部位附近外表面存在肉眼可见裂纹，断口平齐，没有塑性变形现象，断口干净，未见锈蚀等腐蚀产物，在断口上可观察到些许白点。

样品经超声波清洗之后，使用扫描电子显微镜下进行观察，在67X和2000X下观察断面，发现断口处存在放射性条纹，其微观形貌为沿晶+解理（见图3），断口中部微观形貌为韧窝+沿晶，并伴随有鸡爪形的撕裂棱（见图4），符合典型的脆性沿晶断裂特征。

2.2 气泡法检测结果

在上述同一零件上取样，经清洁并烘干后置于120±10℃凡士林中加热3～5分钟，观察气泡产生及逸出情况。试验过程中在产品表面出现大量气泡逸出（见图5）。而同样试验条件下，另外批次产品的样件未出现气泡（见图6）。

2.3 不同生产条件对比试验检测结果

取同一型号产品，按照正常生产条件、非正常生产条件状态（①取消去氢工序②延长酸洗时间30min，延长电镀时间15min），用气泡法检测结果如表1：

通过上述试验，可以发现，a、产品中的含氢情况可通过气泡法观察出来;b、酸洗时间和电镀时间会影响产品渗氢程度。

3 气泡法试验方法

气泡法是指将清洁并烘干的被测件置于180±10℃适量的石蜡（或者120±10℃硅油或凡士林）中加热3～5分钟，观察气泡产生及逸出情况，由此判断产品含氢情况：

a.如样品中有密集、连续气泡逸出并时间较长（加热3分钟仍有气泡逸出）;说明样品中含氢或是含氢量较高，该批产品判定可疑或者不合格。如3分钟后仍未看到有气泡逸出，说明样品中不含氢或是含氢量极低，该批产品判定可接收。

b.因产品未清洗干净或表面处理材料会在加温初期形成个别气泡（初放样品时的气泡）或者粘附在产品表面上较长时间而不上升的气泡，为无效气泡，该批产品判定可接收。

c.若产品放入加热至规定温度的溶液中保温3分钟内有少量气泡，但3分钟后无气泡逸出，该批产品判定可接收。

4 应注意的问题

4.1 待检产品应用汽油、酒精等清洗剂清洗、冲洗、烘干处理，确认表面不存在污染物并且是干燥的。

4.2 因溶液使用时间较长或产品未清洗干净而带入溶液的杂质，造成溶液透光率下降至不足原溶液的75%左右時会影响观察，需定期更换溶液;

4.3 该方法仅可以判别产品中是否含有氢，但是无法判别单位体积氢含量，试验过程中出现大量气泡的现象不代表就会100%出现氢脆断裂的问题，但可以明确该状态下，氢脆断裂的风险大大提高，针对判定为可疑或者不合格的产品，应谨慎对待。

5 结语

气泡法操作简单、用时短、成本低，其试验结果目前没有形成统一规范的技术要求，可作为减小氢脆风险的一个参考依据。建议使用该方法进行试验时，不断地补充完善，形成本公司内控标准，甚至是行业规范。

参考文献：

[1]GB/T3098.17 紧固件机械性能 检查氢脆用预载荷试验 平行支撑面法.

[2]孙升.螺栓氢脆检测方法及标准分析.航天标准化 2011年第1期.

[3]陈昌达.40CrNiMoA钢螺栓断裂原因分析《理化检验（物理分册）》.2011.