Основным источником водорода в сварном соединении является водород в атмосфере дуги, который растворяется в расплавленном металле сварочной ванны. Различают следующие формы существования водорода в металле, в зависимости от его состояния, положения в металле:
• атомарный (или ионизированный) водород – растворённый в кристаллической решётке до предела растворимости (равновесный), растворённый сверх предела растворимости (неравновесный), связанный с дефектами решётки (скопившийся в так называемых субмикроскопических ловушках);
• молекулярный водород – скопившийся в микро- и макропорах, называемых коллекторами.
В зависимости от подвижности в металле различают:
• диффузионный (диффузионно-подвижный) водород Hд – способный к диффузионному перемещению в решётке при появлении градиентов концентраций, температур, напряжений, растворимости (в случае разнородных металлов). К этой форме относится атомарный водород, растворённый в решётке;
• закрепленный водород – не способный к диффузии в металле при данных условиях. К этой форме может быть отнесён атомарный водород в ловушках и молекулярный в коллекторах (его также называют связанным, остаточным, металлургическим).
Все формы водорода находятся в термодинамическом равновесии, зависящем от температуры. При повышении температуры свыше определённого уровня начинается заметный переход одних форм водорода в другие: молекулярного – в атомарный, неравновесного – в равновесный, связанного в ловушках – в растворимый.
Поскольку всегда на поверхности ограниченного тела существует градиент концентрации водорода, происходит непрерывный выход (десорбция) H>Д в атмосферу. [136]
Через определяенный промежуток времени практически весь водород должен десорбироваться из металла, поскольку происходит переход из одной формы существования водорода к другой. При нормальной температуре относительно быстро десорбируется из металла основная часть диффузионного водорода H>Д, причём переход закреплённого водорода в диффузионный H>Д развивается чрезвычайно медленно, т. е. закрепленный водород остаётся в металле практически неограниченное время. Сумма концентраций закреплённого водорода и не успевшего выделиться к данному моменту диффузионного водорода H>Д составляет концентрацию остаточного водорода H>0.
Распределение H