碳钢焊缝接头腐蚀行为分析

碳钢焊缝接头腐蚀行为分析

栾泽强 李健 张涛

中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东 青岛 266000

摘要：焊接技术广泛应用于各金属件的连接，一些金属焊接件在使用过程中被环境介质腐蚀，导致频繁故障，需要对焊接接头的腐蚀行为进行研究。

关键词：碳钢接头；腐蚀行为；

引言

金属材料在设计体系结构中被广泛应用。金属元件接触腐蚀环境介质时容易腐蚀，导致机械性能下降，甚至零部件故障，并引起设计安全问题。焊缝的性能很复杂，造成其更容易被各种介质腐蚀，而其应用又极为广泛。此外，面对土地资源短缺、人口增长和环境退化等日益严重的问题，人们把目光投向海洋，海洋周边环境更加速部件焊缝的腐蚀。因此，焊缝腐蚀研究具有关键的理论意义。

1焊接接头腐蚀类型及相应研究方法

1.1焊接接头的整体腐蚀

焊缝焊接完成后，在使用过程中可能导致腐蚀。详细分析发现，焊缝是从点腐蚀到结晶腐蚀最终导致整体腐蚀。焊缝腐蚀对焊缝整体有着不可估量的影响。对整个焊缝进行研究的经典化学方法，提供了有关焊缝各个组成部分的腐蚀信息，以表示焊缝的腐蚀性、流动密度等化学特性，并进行了焊缝局部腐蚀的趋势预测。

1.2点腐蚀

点腐蚀也称为孔腐蚀，是一种腐蚀形式，它集中于金属表面的一小部分，进入金属的内部，是海洋生产和开发过程中出现的安全问题之一。点腐蚀通常发生在金属或合金本身钝化以及介质存在时。不锈钢、铝和铝合金是在表面具有氧或挖空角时，形成的。结合微组织分析，采用点粘接法研究了不同热处理方法对不锈钢焊缝轧制性能的影响。该研究发现，原来的焊缝中残留着大量β-铁板元素。提高敏感区域的热处理温度会使焊缝中焊道呈刻面状态，从而降低焊缝强度。在相同温度下加工速度提高，β铁在没有分析的情况下下降。熔接接合强度得到增强。

2点蚀的形成机理

腐蚀孔内的点腐蚀是一种破坏性和安全危害性的腐蚀类型，其中点腐蚀经常发生在表面钝金属或合法金属上，这一点得到大多数科学家的认可，并被许多理论所接受。不锈钢表面制成的钝膜，有效地隔离不锈钢与腐蚀介质之间的接触，从而保护母体材料。不锈钢表面钝膜的破坏是点蚀的前提。熔池内外不同的因素导致钝膜制造中的薄弱环节，可能导致组分不均匀、局部位置分析、金属夹等因素导致钝膜中出现薄弱环节。二氧化硫和氯化硅物质的存在是经过一系列研究后容易被侵蚀的敏感领域。点腐蚀可在关键区域轻微形成核，并不断增长，直至达到临界尺寸，导致侵蚀。此外，一些学者发现钝膜是由内外n-p半导体技术组成的，其中溶液中所含氧导电介质的一部分会增加或电流，并且在脉冲强度超过潜在钝EMP电极时会导致膜钝。点蚀的产生主要是由于腐蚀区域中“电池腐蚀”的影响。腐蚀帽的产生是腐蚀电池导致点蚀的条件，例如不锈钢，在特定环境条件下，导致结壳底部形成与外界截然不同的电池。加快不锈钢基桩内壁的速度，由于腐蚀孔直径较小，在腐蚀孔处形成金属托架，防止钝膜的形成。电池效应会产生点腐蚀条件，从而增加焊接结构中点腐蚀的风险。

3腐蚀速率对比及分析

焊接接头不同位置在现场使用过程中既有材料内在发生的腐蚀也有相互偶合发生的电偶腐蚀，要表征接头不同位置耐蚀性的大小进而评价焊接工艺的好坏，必须将两种腐蚀速率综合起来考虑，如果在发生电偶腐蚀时，材料为阳极，则总腐蚀速率为内在腐蚀速率和电偶腐蚀速率之和；如果材料为阴极，则总腐蚀速率为内在腐蚀速率和电偶腐蚀速率之差。焊接接头各区域的腐蚀速率，两种接头的焊缝和热影响区在发生电偶腐蚀时均为阴极而被保护，则它们的腐蚀速率为内在腐蚀速率减去电偶腐蚀速率，而母材在发生电偶腐蚀时为阳极，腐蚀被加重，则它的腐蚀速率为内在腐蚀速率加上电偶腐蚀速率。腐蚀速率从小到大依次为热影响区，焊缝，母材；腐蚀速率从小到大依次为焊缝，热影响区，母材。材料的腐蚀行为与其显微组织和元素含量密切相关．对两种接头而言，母材最易腐蚀，这是由于母材中的碳含量为0．21%．当碳含量大于0.15%时，钢中大量渗碳体的存在加剧了铁素体的溶解。对焊缝和热影响区而言，由于接头的热输入和层间温度均小于接头，使得接头的焊缝中含有大量针状铁素体，从而导致接头的内在腐蚀速率较大；而热影响区相反，接头由于受热循环影响相对小，热影响区组织为均匀细小的多边形铁素体，相比粗大的针状铁素体和魏氏组织而言，接头热影响区的内在腐蚀速率较小。对于管线的焊接接头而言，容易在焊缝和热影响区发生局部腐蚀。因此，文中主要关注两种热输入所得焊接接头的焊缝与热影响区腐蚀速率。两种接头总腐蚀速率相比，热输入大的接头耐蚀性较好。

4焊接接头的表征方法

4.1传统电化学方法

此前的点侵蚀行为分析方法主要用于溶液在耐腐蚀环境介质、金成分等条件下加速腐蚀的实验室调整。最常用的重心估计方法、景深或微米以及金逼近方法，除其他外，可提供切割深度、腐蚀程度、腐蚀速率等。采用传统的腐蚀焊接接头电化学分析方法，通过测量焊缝、热影响范围和母亲的潜力，用组织观测估计腐蚀优先。但是，电化学的严重程度、黄金规律和传统方法既不能反映腐蚀过程，也不能准确测量某一特定区域的腐蚀情况。阵列电极、电磁扫描微区技术允许对局部电极进行分析，从而消除了由于引力定律和常规电化学方法失效而导致局部检测的缺陷。这是研究腐蚀过程的重要工具。

4.2微区电子采样技术

电化学采样控制器的显微镜技术以传统的电化学测量技术为基础，补充了局部样品的采样分辨率，研究了样品表面的电化学特性。常用的微区燃油检测技术包括探针、扫描电流极性技术、扫描电化学显微镜和局部电化学电阻技术。焊缝的复杂热循环允许在分析、结构不均匀以及同一组织的化学特性差异较大的情况下构造焊缝连接区域。微区电化学采样技术对矿物及其周围地区进行精确检测。采用微区静电微电子扫描微电子技术，测量921钢与903钢相匹配的天然水体中的电位偏差，以及相应的现场焊接接头。对测试表面在全潜、潜移、极化过程中的假散射和变化进行试验，分析局部腐蚀行为。最后，在海水腐蚀环境中测定了接头及其相关焊接材料的强度。

结束语

1)随着热输入增大，焊缝金属中针状铁素体减少，而热影响区中针状铁素含量增多，甚至出现魏氏组织。(2)小热输入焊接接头不同区域腐蚀速率从小到大依次为热影响区，焊缝，母材；大热输入焊接接头不同区域腐蚀速率从小到大依次为焊缝，热影响区，母材。两种接头总腐蚀速率相比，热输入大的接头耐蚀性较好。

参考文献

[1]任涛,程堂华,厉宽中,侯涛.钢结构吊桥腐蚀问题的焊接加固改造研究[J].金属加工(热加工),2021(02):50-52+59.

[2]武小锋.物理学在金属焊接接头的腐蚀中的研究应用[J].世界有色金属,2020(20):172-173.

[3]娄振洋.设备焊接工艺中的腐蚀因素及控制方法剖析[J].冶金与材料,2019,39(06):93+95.

[4]刘望军.设备焊接工艺中的腐蚀因素及控制方法剖析[J].工程建设与设计,2019(12):159-160.

[5]郝海龙,崔鑫.钢结构焊接工艺的腐蚀因素与控制研究[J].绿色环保建材,2019(02):196+198.

[6]张婧,李海新,殷子强,杨振林,杜永鹏,孔祥峰,袁新,李守彪.焊接接头的腐蚀研究进展[J].腐蚀科学与防护技术,2018,30(06):661-670.

[7]路永新,李霄,荆洪阳,徐连勇,韩永典.碳钢焊接接头腐蚀的有限元模拟[J].焊接学报,2018,39(05):10-14+129.