全面剖析熔敷金属扩散氢检测

1、什么是熔敷金属？熔敷金属扩散氢检测的意义？

熔敷金属是完全由填充金属熔化后所形成的焊缝金属。焊缝金属，由两部分组成，一部分是熔化的焊条或焊丝，另一部分是熔化的母材。熔敷金属是按标准规定在留有大间隙(13mm)的对接坡口中焊成的。焊缝金属是在不留间隙的K形坡口中焊成的，有较大熔合比。所有金属焊接材料生产厂家及所制定的焊接材料有关标准，均按熔敷金属进行考核验收，而完全略去母材成分对焊缝的影响。熔敷金属抗拉强度，一般说的是熔敷金属抗拉强度最小值。焊条的型号还与熔敷金属强度有关。

焊缝中的氢致裂纹问题严重地制约着生产的发展，并引起世界各国的高度重视。从产生裂纹的高应力状态、淬硬组织、敏感温度、扩散氢四个因素分析，其中控制扩散氢的量和逸出过程已成为控制裂纹最有效的手段。焊材的扩散氢含量是评定其内部质量的关键指标，也是合理选材的重要依据之一，因此，有必要研究和掌握扩散氢测试技术。

2、熔敷金属扩散氢检测标准及测试要点总结

GB/T 3965-2012 熔敷金属中扩散氢测定方法

（1）适用范围：本标准规定了水银法和热导法为熔敷金属中扩散氢含量的基本测定方法；本标准适用于焊条电弧焊、埋弧焊、实心焊丝气体保护电弧焊及药芯焊丝电弧焊等方法焊接而成的马氏体、贝氏体和铁素体焊缝中扩散氢含量的测定。

（2）试验原理概述：将焊接材料用电弧焊方法在试样上熔敷一条线状焊缝，经过处理后，在给定的温度和时间条件下收集扩散氢，通过置换的水银体积（水银法）热导率（热导法）测定收集的氢含量，结果换算成每百克熔敷金属标准状况（0℃、101.325kPa）下的扩散氢体积，单位为mL/100g；本标准中水银法在室温下收集数天或45℃收集72h，适用于B型和C型试块；本标准中热导法使用热导检测器，分为载气热提取法和集氢法，通常采用气相色谱技术，适用于A型、B型、C型试块，其中载气热提取法是将试样加热到较高温度（最高至400℃），持续进行收集和分析，快速测定扩散氢，集氢法是将试样加热到中等温度（一般为45℃~150℃）收集扩散氢，结束后再进行分析。

（3）水银法测定原理及装置：

1）使用置换法把扩散氢收集到一个真空、充满水银的毛细管内进行测量。适用于B型和C型试块；2）使用的收集器见图3的Y型收集量管示例，也可使用原理相同的其他类型收集装置，如图4的U型收集量管示例。收集量管应填充洁净水银，约需110mL，既保证平放抽真空时毛细管可以与外界连通，又保证竖直时粗壁管的水银面处于刻度范围内。3）液态水银和蒸气是有害的，可以通过吸入、摄取或与皮肤接触进入人体，因此所有涉及到水银的操作应包括一定的预防措施。

水银法数据处理：将测量得氢气体积换算成标准状况（0℃、101.325kpa即273K、760mmHg），按以下公式：

每组试验应保证至少3个有效数据

（4）热导法测定原理及装置：1）热导法采用热导检测器（TCD）通过测量不同组分的热导率将浓度变成电信号来测定氢气体积，适用于A型、B型和C型试块。2）热导法分为载气热提取法和集氢法，给定温度下收集扩散氢最短时间按表2的规定。3）载气热提取法是将

试样加热到较高温度释放扩散氢，通过惰性载气热提取，持续收集和分析扩散氢。当加热温度在300℃~400℃时，最短可在几十分钟内快速测定扩散氢含量，但应控制不超过400℃，以免释放残余氢。载气热提取/热导检测设备可能采用气相色谱装置。4）集氢法是将收集器中试样先加热（一般为45℃~150℃）使氢气释放，收集结束后通常采用气相色谱仪分析。5）任何一种采用热导检测器系统（气相色谱或载气热提取）的其他方法作为测定金属中氢含量的可替代方法，其准确度和再现性都必须与本标准中的水银法和热导法基本相当。特别是对于典型使用气相色谱和热导检测器的测量系统，其校准程序可能不同。

热导法数据处理：将测量的氢气体积换算成标准状况（0℃、101.325kpa即273K、760mmHg），按以下公式：

每组试验应保证至少3个有效数据

试验结果评定：1）熔敷金属的扩散氢含量：计算熔敷金属中扩散氢含量按以下公式：

2）焊接金属的扩散氢含量：评定焊接接头的扩散氢含量必须确定焊缝金属的扩散氢，即评定熔敷金属加上母材的熔化部分。计算焊接金属中扩散氢含量按以下公式：

3）焊缝金属的总氢含量：对于包含扩散氢和残余氢的总氢量的分析应在400℃以上使用热萃取方法进行。在650℃条件下收集30min可得到总氢量。当加热到500℃以上时试样表面的状态对测量的氢体积有一定影响。