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焊接接头腐蚀原因及预防措施

发表时间:2020-04-30

通过更好的了解焊接接头的腐蚀原因和相应的预防方法,我们可以有效的减小这类腐蚀发生的概率以及带来的经济损失。


从定义上讲,腐蚀通常是指由于材料与其周围环境发生化学或电化学反应而引起的材料性能的退化。虽然这一般是发生在金属材料上的问题,但在处理焊接接头时应特别注意。因为即使你选择了适当的金属和填充金属,遵守了所有操作标准并且正确地进行了焊接,腐蚀仍然会发生。


腐蚀一般是由材料、环境、应力和负载三个基本因素引起的,这些因素会独立或共同导致损坏。由于化学成分的变化,不同的材料可能含有不同的残余应力以及在焊接接头处形成不同的不连续性,当观察焊接接头的性质时,所有这些因素都会成为一个问题。


由于腐蚀自古以来就是一个非常复杂的研究主题,因此虽然许多研究人员试图对这些不受欢迎的腐蚀及机理进行分类但大多数并没有取得很好的结果。到目前为止,根据主流学派的观点,腐蚀机理可以根据其来源和范围,材料分离机制及其物理外观等因素来分类。


在本文中,重点将主要放在根据材料分离机制进行分类的探讨上,其中将会举到一些实际例子。






焊接接头的腐蚀原因和机理概述





焊接接头的腐蚀主要是由制造和冶金因素共同造成的。这些缺陷包括但不限于:焊接件设计缺陷、焊接实践不善、各种焊接缺陷(无损检测中遗漏的细节和不可接受的缺陷)、焊接裂纹和残余应力以及各种冶金原因。

 

焊接接头结构具有三个不同的区域,每个区域具有不同的机械和结构特征。熔合区是基体和填充金属混合的部分,每种金属的化学和结构组成可能完全不同。熔合区和基材之间是热影响区(HAZ),其结构特性与基材并不相同。由于组成和电势的不同,这种结构是造成焊接腐蚀的主要原因之一,并且在焊接过程中由于加热引起的变形,接头中始终会存在残余应变。


这意味着,即使已经采取了一些预防措施来防止这些腐蚀,但对这些结构和几何形状变化的忽视仍会导致该特定区域出现各种形式的腐蚀,而且通常都是出乎意料的腐蚀。


焊缝中的典型腐蚀机制有电偶腐蚀、应力腐蚀开裂(SCC)、微动腐蚀、气蚀、高温腐蚀、各种形式的局部腐蚀(如点蚀和缝隙腐蚀)、疲劳腐蚀和氢致冷开裂。由于此处提到的所有腐蚀机制本质上都是电化学相关的,因此它们需要电解液(如水)的存在,这使得管道特别脆弱。






电偶腐蚀





电偶腐蚀不限于焊接接头,是一种由焊接基体金属和熔合区金属的化学成分不同而引起的腐蚀。


虽然有些金属可以自动焊接(即,使用与基体材料相同的填充材料),但大多数情况下,这些材料的成分略有不同,通常是为了确保焊接接头的机械性能与其余焊接件保持一致。

 

在后一种情况下,焊接金属一般会具有与母材不同的电势。这种电位差,加上电解液的存在,是电偶腐蚀发生的必要先决条件。这与一些标准电池的原理是相同的:两种金属形成一对电偶,电子从阳极(在这种情况下是具有较低电势的金属)传输到阴极,正离子向相反的方向移动。虽然此机制会在电池中产生电压,但在焊接接头中会优先腐蚀电位较低的材料。

 

例如,对于大多数铝合金材料而言,与母材相比,焊接金属和热影响区变得更难以腐蚀,这意味着母材就更容易发生电化学腐蚀。当奥氏体填充金属被用于对高强度低合金(HSLA)钢进行补焊时,可能会产生类似的结果。






减少腐蚀的焊接方法





虽然完全防止焊接腐蚀是几乎不可能的,但是有几种方法可以最大程度地减少其发生的概率和带来的影响。


其中比较重要的一些方面包括:必须仔细选择金属材料,使其相对于操作环境具有尽可能好的化学相容性。经过适当清洁和处理的表面具有较少的物理缺陷,这些缺陷可能是某些形式的腐蚀的起点,因此仔细选择表面清洁和处理方法也是非常重要的。


咬边、裂缝以及焊缝表面和焊缝根部形状不规范可能是造成几种不同腐蚀产生的原因,特别是气蚀,点蚀和缝隙腐蚀。为了避免这些问题,必须采取几个步骤:焊缝根部必须得到正确熔透和沉积。如果使用电弧焊或自动粉末焊,则每道焊后必须清除焊渣;表面光洁度必须均匀且光滑,且最好对表面进行氧化,这样可防止进一步腐蚀。


正确选择焊后热处理(PWHT)可以释放部分或全部残余应力,并保护焊接接头免受某些形式的腐蚀。它还可以释放一些捕获的氢并部分均匀化材料从而减小电势差。此外,钝化处理可以去除表面污染物并在表面上形成新的均匀钝化氧化膜,因此可以保护不锈钢免受腐蚀。

译者:Vince

译自:corrosionpedia

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