一、扩散氢的危害与测定意义

氢致裂纹(HIC)

扩散氢在焊缝金属中聚集，导致延迟裂纹(焊后数小时至数天出现)，尤其在低合金高强钢中风险显著。

测定目的

评估焊材(焊条、焊丝)及工艺的氢含量，优化烘干制度(如350~400℃×2h)，预防焊接缺陷。

在焊接技术的广阔领域中，熔敷金属中扩散氢测定是保障焊接质量的关键环节。GB/T 3965—2012《熔敷金属中扩散氢测定方法》为这一关键任务提供了科学且严谨的指导框架。

二、技术参数的精密考量

(1)试块参数

材质要求：试块选用C≤0.18%、S≤0.02%的非合金镇静钢，这种特定成分的钢材能为后续试验提供稳定且一致的基础条件，减少因母材自身因素对扩散氢测定的干扰。

尺寸规格：试件组合由引弧板、中心试块及引出板构成，不同类型的试块(A 型、B 型、C 型)有着明确且细致的尺寸规定。例如，A型中心试块长度为 80mm、宽度 25mm、厚度 12mm，引弧板、引出板长度≥50d(d 对于焊条电弧焊为≥25mm)。这些精确的尺寸设计，是基于焊接过程中热传递、金属熔敷均匀性以及扩散氢逸出特性等多方面因素确定的，直接影响着试验结果的准确性和可重复性。

(2)焊接材料参数

焊条：在焊条的试验要求上，针对不同目的(产品分类或产品检验)有不同的参数规定。产品分类试验时，若焊条直径无规定，采用φ4.0mm 的焊条，焊接电流比制造厂推荐的最大电流低 15A 或采用最大电流的 90%(公差控制在±10A)，同时要调整焊接速度以保证在特定试块上获得规定质量的熔敷金属。这些参数的严格设定，是为了模拟实际生产中的焊接情况，确保试验结果能真实反映焊条在不同应用场景下的扩散氢释放情况。

埋弧焊材：埋弧焊丝和焊剂同样有详细的参数要求。焊丝在产品分类试验时，要保证在特定试块上获得规定质量的熔敷金属;焊剂的烘干规范根据试验目的不同，严格执行产品标准规定或制造厂推荐。这些参数的控制，旨在研究埋弧焊过程中焊接材料对扩散氢含量的影响规律，为优化焊接工艺提供依据。

(3)焊接参数

各种焊接方法的热输入应不大于 3kJ/mm，热输入计算公式的引入，使得焊接过程中的能量输入得以精确量化。通过控制热输入，可以有效调节焊接时的温度场分布，进而影响氢在熔敷金属中的扩散和逸出行为，确保试验条件的一致性和可比性。

三、扩散氢测定的科学原理

1. 测定核心目标

量化熔敷金属中可扩散的氢含量(H_D)，即通过扩散可逸出的氢(区别于残余氢H_R)。

2. 测定方法原理

(1) 甘油法(ISO 3690 / GB/T 3965)

物理基础：

氢在甘油中的溶解度极低(<0.01mL/100g)，迫使氢以气泡形式析出。

甘油的高黏度延缓气泡上升，便于体积测量。

热力学过程：

试样浸入45℃甘油中，氢的扩散速率由Arrhenius方程控制：

D=D0exp⁡(−QRT)D=D0exp(−RTQ)

Q：扩散激活能;R：气体常数;T：绝对温度。

恒温条件下，氢释放量随时间呈指数衰减，直至达到平衡。

(2) 气相色谱法(ISO 3690 Annex B)

分离原理：

氢气(H₂)与其他气体(如CO、CO₂)在色谱柱中因吸附能力差异实现分离。

检测原理：

热导检测器(TCD)：氢气与载气(Ar)的热导率差异引起电信号变化，峰面积与氢浓度成正比。

定量公式：

HD=A⋅KW×100(mL/100g)HD=WA⋅K×100(mL/100g)

A：峰面积;K：校准因子;W：试样质量(g)。

(3) 汞法(AWS A4.3，已逐步淘汰)

原理：氢在汞中不溶解，通过汞柱高度变化直接测量氢体积。

限制：汞的毒性与环境危害使其被现代方法替代。

四、总结

熔敷金属扩散氢测定的科学原理，本质上是基于氢在金属中的溶解、扩散与逸出动力学，结合热力学平衡条件，通过物理或化学方法量化可迁移氢的含量。理解这一过程需综合金属学、物理化学和检测技术知识，为优化焊接工艺、预防氢致失效提供理论支撑。