焊接接头的腐蚀研究进展

2019-10-14 01:51:21 changyuan 64


1 焊接接头腐蚀类型及相应研究方法


金属材料在高温熔融焊接和焊后温度下降的过程中会发生相变,导致不同区域的焊缝切面上金属成分和金相显微组织的差别,从而引起这些不同区域之间电化学电位的不同,形成腐蚀原电池,电位较低的阳极区域优先发生腐蚀[6]。当焊接接头的几个不同热经历区域 (焊缝、热影响区及母材等) 暴露于同一电解质环境时,将构成一个多电极电化学体系。不同的焊接材料通过焊接连接在一起,经受热冷过程的变化及环境的影响[7],形成更为复杂的焊接接头,各区域腐蚀状况又有不同[8]。孙齐磊等[9]通过研究Q235管线钢焊接接头表明,熔合线以及不完全正火区作为焊接接头中复杂多电极体系形成的腐蚀原电池中的阳极,最有可能遭受到优先腐蚀溶解;而焊缝区和母材区则属于腐蚀原电池中的阴极,腐蚀敏感性相对较低且在一定程度上受到阴极保护作用。金属组织会影响焊接接头的腐蚀特性,一般来说,焊缝区如有过量的铁素体会导致耐蚀性和耐应力腐蚀性能降低,从而影响整个焊接接头的耐蚀性。另外,在焊接过程中,大量扩散氢会引起氢致开裂、焊接裂纹及孔穴等,而固体夹杂、未熔合、未焊透、形状缺陷、焊接应力等都会对焊接接头的状态造成影响[10],是影响焊接接头性能的主要因素[11]。可以说焊接接头腐蚀几乎包含了目前已知大部分的腐蚀类型,给焊接接头的腐蚀研究和焊接接头寿命预测带来极大的挑战[12]。


1.1 焊接接头的整体腐蚀


焊接接头成型后在使用过程不可避免地会产生腐蚀,接头整体腐蚀的研究通常是采用失重法及电化学测试方法进行[13]。王磊等[14]采用静态失重的方法测量了铝合金搅拌摩擦焊缝在模拟海水介质中的平均腐蚀速率,研究发现焊缝的平均腐蚀速率先是大幅度降低,后又缓慢回升。通过深入分析发现,焊缝的腐蚀经历了由点蚀到晶间腐蚀,最后发展为剥蚀的过程,焊缝腐蚀机理的变化会在宏观上影响焊接接头整体腐蚀速率。经典的电化学测试手段通常以整个焊接接头为研究对象,可以在宏观尺度下提供焊接接头各组成部分的整体平均信息,用于表征焊接接头各部分的自腐蚀电位、腐蚀电流密度等电化学特性,并且可用于辅助预测焊接接头局部腐蚀的倾向[15]。赵兵兵[16]通过极化曲线及交流阻抗测试等电化学方法研究低合金钢焊接接头在海水介质中的腐蚀行为,研究发现焊接接头的耐蚀性与焊接工艺相关,气体保护焊获得的焊接接头的耐蚀性要好于焊条电弧焊及埋弧焊焊接接头。李阳[17]的研究则发现,316L不锈钢焊接接头形成腐蚀原电池的倾向与焊缝的元素组成、焊接接头非金属夹杂物以及晶粒度大小等因素都有着很大的联系。焊接接头不同区域的不均匀性,导致各区域的腐蚀电位及耐蚀性能差异较大,腐蚀电位较低的区域与腐蚀电位较高的区域在电解液环境中容易形成腐蚀原电池,作为阳极的低腐蚀电位区域的腐蚀进程加快。韩丽青等[18]发现,316L不锈钢一侧的焊缝金属存在组织形变和金属间化合物相,且相较于母材而言,焊缝和熔合区产生了更多的δ铁素体相,这些因素致使焊接后的焊接接头的耐点蚀性能和耐电偶腐蚀性能下降。


1.2 晶间腐蚀


晶间腐蚀是奥氏体不锈钢最危险的破坏形式之一,焊缝区在经历热变化之后更加容易发生组织的变化,从而发生晶间腐蚀。奥氏体不锈钢产生晶间腐蚀主要是由于组织晶粒边界产生贫铬层造成的。其发生过程是在一定的温度下,C在奥氏体组织中的扩散速度远大于Cr在奥氏体中的扩散速度,而当奥氏体组织中的含碳量超过它在室温下的固溶度之后,C就会向奥氏体组织晶界扩散;由于Cr的原子半径相对较大,扩散速度较小,来不及向晶界扩散,而晶界附近大量的C和Cr会形成碳化铬,造成奥氏体晶界区域贫铬。当晶界附近的金属含铬量下降至12%以下时,不锈钢失去了钝化能力,耐蚀性大幅度降低,同时在腐蚀介质的作用下,即会发生晶间腐蚀。


奥氏体不锈钢发生晶间腐蚀以后,表面上虽没有显著特征,但在受到应力等作用时可能会沿晶界的方向发生断裂,不锈钢构件几乎完全丧失机械强度,有可能会发生严重的事故[19]。在焊接过程中,如焊接材料及工艺不当,在焊缝和热影响区便有可能会造成晶间腐蚀。研究发现,在紧邻熔合线的过热区还会产生沿熔合线方向的深沟状似刀痕的腐蚀,又称为刀状腐蚀。晶间腐蚀产生的主要原因是金属材料晶界和晶内的化学成分不均匀,一般常见于铬钢、铬镍钢等不锈钢,以及镍、铜、铝基合金等金属材料。由于不锈钢焊接时温度一般较高,超过不锈钢敏化温度,在焊后冷却的过程中,碳在晶界析出与铬熔合形成碳化铬,晶粒附近就容易形成贫铬区,因此不锈钢的焊接接头极容易形成晶间腐蚀。在研究不锈钢焊接接头性能时,要综合评价不锈钢的焊接性以及耐蚀性,包括其受力情况及其他外界条件,确保焊接接头的质量[20]。GB/T 4334-2008和ASTM A262中规定了相应的不锈钢晶间腐蚀研究方法[21],包括草酸电解浸蚀法、硫酸-硫酸铁腐蚀试验法、硫酸硫酸铜腐蚀试验法、65%硝酸腐蚀试验法以及硝酸-氢氟酸腐蚀试验法,属于经典的测试方法,但操作较为复杂。除此之外,还可以利用电化学动电位再活化法 (EPR) 及电化学阻抗法等方法判断不锈钢晶间腐蚀的倾向性。姜爱华等[22]采用草酸电解浸蚀法和硝酸-氢氟酸腐蚀试验法研究了焊接电流对不锈钢焊接接头耐晶间腐蚀性能的影响,研究发现不同的焊接方式形成的焊接接头,焊接电流的影响结果也不尽相同。对于填充304L焊丝的焊接接头来说,焊接接头耐晶间腐蚀的性能会随着焊接电流的增大而逐渐增强;而对于自熔合类型的焊接接头而言,焊接接头耐晶间腐蚀性能则随着焊接电流的增大而减弱。吴东江等[23]认为Mo在焊缝的枝晶间与枝晶干的含量差别是造成焊缝在酸性及中性溶液中枝晶间腐蚀的重要原因之一。焊缝晶格缺陷导致其在碱性溶液中发生点蚀[24]。李新梅等[25,26]利用EPR测试了不同钢焊接接头焊缝和母材的晶间腐蚀敏感性。金维松等[27]的研究表明,双环EPR方法可以定性、定量地检测不锈钢的晶间腐蚀敏感性。对304L不锈钢而言,敏化时间越长,温度越高,其晶间腐蚀敏感性越强。扫描速度越快,溶液温度越低,同一材料的再活化率Ra值越小[28]。扫描参比电极技术 (SRET) 也可以被用于研究奥氏体不锈钢的晶间腐蚀。通过扫描穿过焊接区和热影响区的微参比电极来测量由于敏化晶界的晶间腐蚀导致的电位变化,用于确定敏化程度和邻近焊缝的敏化晶界位置。随着电化学阻抗谱在腐蚀电化学研究越来越广泛的应用,通过对不锈钢晶间腐蚀的交流阻抗谱特征进行分析,电化学阻抗谱方法也可用于检测不锈钢的晶间腐蚀。Huang等[29]采用电化学交流阻抗谱方法研究了不锈钢在过钝化区的晶间腐蚀特征,并提出了检测过钝化区晶间腐蚀的新方法。秦丽雁等[30]采用电化学阻抗方法研究了固溶态、敏化态304不锈钢在不同极化电位下 (在再活化区) 的阻抗谱特征,为应用电化学阻抗谱方法检测不锈钢的晶间腐蚀提供了必要的依据。相比于传统的测试方法,电化学方法操作简便、迅速灵敏,非常适用于评价焊接接头晶间腐蚀性能的研究。


1.3 电偶腐蚀


焊接接头在海水浸泡下形成了复杂多样的腐蚀形态,其中电偶腐蚀是焊接接头局部腐蚀行为中较常见的[31]。国内外不少学者曾针对此进行研究,但随着母材、焊缝材料以及环境的改变,焊缝的电偶腐蚀行为也会发生相应变化。有研究[32]表明,在浸泡初期焊接接头的热影响区的腐蚀速率最快。随着焊接接头在海水中浸泡时间的增加,母材的腐蚀速率成为快的区域,造成这种现象的原因是母材与热影响区腐蚀产物不同。最根本的原因还是焊接接头各个区域的组织及化学成分不同[33]。Shoushtari等[34]使用各种电化学测量方法结合显微镜研究了17-4PH修复焊接不锈钢在NaCl溶液中的各个部分的电偶腐蚀,发现最有可能的电偶是在HAZ和焊缝之间,HAZ作为阳极,焊缝金属作为阴极。母材金属/焊缝电偶与母材金属/HAZ相比,在焊缝金属/HAZ电偶中使用零电阻电流表的电偶耦合测试显示出更高的电流密度。微区电化学测试作为先进的测试手段,为了解微小区域的电化学反应情况提供了新的途径,已被广泛应用于局部腐蚀的研究[35]。研究显示,不同的金相组织中,铁素体相、珠光体相及二者混合相的电位符合混合电位理论,以珠光体相零电流电位最负,腐蚀电流密度最大;铁素体相零电流电位最正,腐蚀电流密度最小;二者混合相的零电流电位和腐蚀电流密度居中。方智等[36]通过长焦距显微镜对混合组织的腐蚀过程进行了原位观察,发现铁素体相腐蚀相对较轻,而珠光体相容易优先腐蚀。杨远航等[37]研究发现,316L不锈钢焊接接头形成腐蚀微电池的倾向与元素构成、焊缝区非金属夹杂物以及金相组织的晶粒度大小等因素紧密相关;焊接接头的几个区域的腐蚀电位、腐蚀电流不同,耐蚀性能差异非常大,一般来说腐蚀电位最低的热影响区与腐蚀电位最高的母材区在电解液中比较容易形成腐蚀微电池,且热影响区可视为此微电池的阳极,腐蚀进程较快[38]。


1.4 点蚀


点蚀又称为孔蚀,是一种集中于金属表面很小范围并深入到金属内部的腐蚀形态。点蚀是一种破坏性和安全隐患极大的腐蚀类型之一,是生产及海洋工程中经常发生的腐蚀类型。点蚀经常发生在具有自钝化性能的金属或合金上,并且在含Cl-的介质中更易发生,如不锈钢、Al和铝合金等在海水中发生的点蚀,碳钢在表面有氧化皮层或有孔隙的情况下,在含氯离子水中也会出现点蚀[39,40]。李兆登等[41]通过点腐蚀试验的方法结合显微组织分析研究不同热处理方式对不锈钢焊缝的点蚀性能的影响规律及其作用机制。通过研究发现原始的焊缝中残留着大量的板条状δ-铁素体相,提高敏化区间内的热处理温度,会使焊缝中板条状δ-铁素体相细化,含量相应降低,从而致使焊接接头抗点蚀性能下降;而延长同一温度下热处理时间,δ-铁素体相含量下降且没有析出相析出,焊接接头抗点蚀性能增强。Kang等[42]采用微电池法和盐雾试验对搅拌摩擦焊获得的Al-Cu合金的焊接接头不同区域的点蚀进行了研究。研究发现点蚀的发生主要取决于接头每个区域的沉淀物性质。由于存在粗大的θ ′相,无沉淀区的存在以及基体中溶解的Cu的减少,热影响区对点蚀具有最差的敏感性。然而,由于θ ′相重新溶解成固溶体,热影响区的耐点蚀性能略有提高。在肩部影响区 (SAZ),θ ′相和θ相分别完全和部分重新溶解,并且基质中溶解的Cu含量增加,结果SAZ的耐腐蚀性能显著提高。Atapour等[43]通过循环极化的方法对摩擦搅拌焊双相不锈钢接头的点蚀敏感性进行研究,发现在0.1 mol/L H2SO4中母材金属和焊缝金属具有相同的耐腐蚀性能。光学显微镜观察表明,在无氯0.1 mol/L 硫酸溶液中基体金属和不同的焊缝没有明显的点蚀。李循迹等[44]采用失重试验、点蚀电位测量和FeCl3溶液点蚀的试验方法,结合化学成分、显微组织分析以及腐蚀形貌观察等技术,对采用几种不同工艺焊接的焊接接头的焊缝以及热影响区的耐点蚀性能进行了分析。结果表明采用端部堆焊+625合金焊丝+钨极氩气保护焊接工艺方式进行焊接,所形成焊缝及热影响区有着最好的耐点蚀性能。Garcia等[45]运用动态电化学阻抗谱技术以及动电位阳极极化的方法考察了奥氏体不锈钢焊接构件在海水中的抗点蚀性能。研究结果显示焊接热影响区是不锈钢焊接接头发生点蚀的最严重的区域,这与其成分和微观组织特征有着直接的关系[46]。


1.5 缝隙腐蚀


缝隙腐蚀是局部腐蚀的一种,常发生在铆接、螺丝连接的接缝、焊接接头、以及堆积的金属片间等,表现为缝隙处出现斑点或溃疡状的宏观蚀坑[47]。缝隙腐蚀发生的一般原因是由于金属构件的缝隙处被腐蚀产物覆盖,同时物质的扩散过程受到阻碍,导致缝隙内部的物质成分和浓度与外部相比存在很大差异,形成“闭塞电池腐蚀”[48]。在焊接过程中出现各种焊接缺陷,如气孔、夹渣、裂纹等,使介质的流动变得非常困难,造成缝隙处有害物质浓缩,促使腐蚀原电池的生成,这些缺陷都是非常容易发生缝隙腐蚀的位置。另外,如果焊接接头与其它的构件接触时,腐蚀产物、砂砾、尘土、脏污、污泥等附着,都可能引起焊接接头发生缝隙腐蚀[49,50]。张心保等[51]通过研究实际应用过程中焊缝发生缝隙腐蚀失效案例,发现焊接工艺设计不当形成了产生缝隙腐蚀的客观条件,用焊丝或其他方式将蚀坑修补,并将焊接接头的缝隙填充,消除缝隙腐蚀产生的先决条件,即可避免产生缝隙腐蚀现象。Yu等[52]通过金相显微镜观察焊接接头的显微组织,利用扫描电镜 (SEM) 和表面轮廓分析等方式,结合电化学方法研究地下水的温度和氧含量对Q235低碳钢焊缝缝隙腐蚀行为的影响。实验结果表明,温度和氧含量的增加会促进缝隙腐蚀的发生,加速缝隙内外的腐蚀过程。聚集铁素体微观结构的熔合区是焊接接头中最严重的腐蚀区域,其次是焊缝金属,其特征是具有粗糙的多边形结构。母材和热影响区的微观结构较细且分布均匀,腐蚀较为轻微。


1.6 应力腐蚀


在焊接接头处,因焊接引起的内应力称为焊接应力。焊缝区易发生应力腐蚀断裂[53,54]。焊接技术本身所固有的快速加热和冷却以及添加焊接材料的工艺特点决定了焊接接头组织及性能的不均匀性,这种不均匀性导致焊接接头处易产生焊接缺陷和较大的残余应力,从而出现应力腐蚀问题[55,56]。研究表明应力促进腐蚀并非是通过增大铁素体和珠光体之间的电位差,而是通过提高各微区相组织自身的电化学活性来实现的[57,58]。李晓刚等[59]通过研究甘氨酸生产装置管线焊缝的失效,发现304和316L不锈钢管道材料在晶界有富铬和富钼相析出,沿晶界就产生一个贫铬和贫钼区,从而诱发晶间腐蚀。应力腐蚀与晶间腐蚀共同作用促进裂纹扩展,而生产过程中介质冲刷腐蚀也加速了这一进程,最终导致管线焊缝的断裂失效。Dong等[60]研究了加压水反应堆一次水中不锈钢308L-316L焊接接头热影响区的应力腐蚀开裂 (SCC)。在含有溶解氧的非正常主水化学中观察到HAZ中的应力腐蚀裂纹生长,但是在具有溶解氢的正常主水化学中没有观察到。这表明,在正常的初级水化学条件下,在HAZ中扩展的应力腐蚀裂纹不太可能到达熔合边界并渗入焊缝金属。裂纹尖端的微观结构分析表明SCC遵循滑动氧化机理[61]。Ma等[62]采用慢应变速率法和电化学测试研究了E690焊接接头在含SO2的模拟海洋大气中的应力腐蚀开裂行为和机理。研究结果表明,焊接接头在含SO2的模拟海洋大气下具有非常高的应力腐蚀开裂敏感性。因为焊缝中的临界热影响区具有较低的强度,较高的负电位和较高的腐蚀电流密度,成为焊接接头应力腐蚀开裂最脆弱的位置。李先芬等[63]研究了扩散氢含量、缓冷方式、水深等对16Mn钢水下湿法焊接裂纹率的影响。研究结果表明裂纹率随接头扩散氢含量的减少而降低,缓冷和预热均可较有效地降低裂纹率,随水深增加接头的裂纹率增加。蒙永民等[64]研究了裂纹率与水下湿法焊接接头间隙的关系。研究结果发现随着接头间隙的增大,裂纹率逐渐减少。当间隙增大到一定值,可防止冷裂纹的产生。


1.7 焊缝氢损伤


焊接过程中,会产生一定量的氢,其中一部分氢会在熔池冷却凝固过程中逸出,而在熔池凝固后,来不及逸出的氢则会保留到焊缝当中。保留下来的氢多以原子或离子状态 (H,H+或H-等形式) 存在,因为其半径相对较小,可以在金属晶格中进行扩散,称之为扩散氢 (Diffuse Hydrogen)。剩余部分则扩散聚集到晶格缺陷、显微裂纹和非金属夹杂物边缘等空隙位置中,结合为分子,而不能自由扩散,称之为残余氢 (Residual Hydrogen)[65]。随着放置时间的增加,一部分扩散氢从焊缝中逸出,一部分则变为残余氢,总体上来说含氢量下降。焊缝中的氢会导致焊缝或热影响区产生氢致裂纹 (HAC),影响焊接接头的力学性能,对焊接结构造成潜在危害[66]。氢的扩散聚集需要数小时或者几天甚至更长的时间,导致扩散氢造成的裂纹延迟出现,往往会对正在服役的焊接结构造成致命危害。研究焊接接头氢的扩散行为及对焊接接头性能的影响,有助于选择合适的焊接材料和工艺参数,对于提升焊接接头质量具有重要的意义。扩散氢含量、残余应力以及裂纹敏感组织是造成裂纹的重要原因,三者之间又相互作用影响,减小或者消除任意一个都会有效防止裂纹的产生,控制扩散氢含量通常被认为是降低氢致裂纹危害最有效的手段[67]。焊接接头中氢的测定及分析是一项难点,过去的研究过程中,出现了很多测试分析方法,但也有不少问题未能解决。最新研究表明,氢导致接头严重的宏观塑性和强度损失,且这种损失随充氢电流密度的增加而增加,充氢电流密度超过50 mA/cm2,塑性和强度损失达到最大;充氢电流密度从10 mA/cm2增加至100 mA/cm2,脆性区失效模式从准解理/解理失效转变为沿晶失效;这种失效模式的转变与晶界附近出现的高密度位错、严重局部氢富集、应力诱发α ′马氏体、形变孪晶的相互作用有关[68]。


2 焊接接头腐蚀的其他研究方法


2.1 阵列电极技术


阵列电极技术又称丝束电极技术,是指由多个微小的电极组成大面积的单个阵列式的电极组合。每个微小电极可以单独进行电化学测试,多个微小电极也可以组合起来进行测试。由于单个电极面积较小,单个电极的电化学反应是相对均匀的[69]。通过监测每个电极的电位及耦合电极间的电偶电流分布,阵列电极技术结合电化学测试方法可以用于研究金属表面的局部腐蚀行为[70]。林理文等[71]发明了柔性阵列参比电极技术,并将其应用于原位检测金属焊缝腐蚀。阵列电极技术能够获得焊接件上不同区域的电流、电位分布状态,也可以原位监测金属表面阴阳极区域腐蚀状态的分布。杨旺火等[72]采用自行建立的阵列参比电极技术,原位测量316不锈钢焊接接头在12%FeCl3溶液中腐蚀电位分布状况。同时借助电化学技术和扫描Kelvin探针跟踪检测316不锈钢焊缝腐蚀行为。发现316不锈钢焊接接头在12%FeCl3溶液中,起初焊缝区优先发生腐蚀,而在母材区则处于钝化状态;随着浸泡时间增加,焊缝区电位不断负移,加剧了局部腐蚀,随着母材局部位置发生电位负移,母材出现腐蚀。扫描Kelvin探针实验和金相组织观察的结果显示,焊缝区有较高的腐蚀敏感性,容易发生腐蚀。金属结构件在焊接过程中材料成分和组织的改变是致使不锈钢焊接接头发生腐蚀的主要因素[73]。


2.2 电化学扫描探针技术


电化学扫描探针技术是将微小探针和电化学测量方法结合,对试样的微小区域进行电化学测量的原位分析技术,其数据可以真实地反映试样及介质界面的电化学特性。电化学扫描探针技术有多种,如扫描振动电极测试 (SVET)[74]、扫描Kelvin技术 (SKP)、扫描电解液微滴测试 (SDC),另外还有局部电化学阻抗技术 (LEIS) 等都是近年来新发展的热点研究方法[75]。由于焊接接头分成焊缝、热影响区、母材等多个区域,每个区域形状不规则,而且金相组织及化学成分分布不均,导致各个微小区域的电化学特性不同。此时电化学扫描探针技术非常适用于焊接接头的电化学测试。张彭辉等[76]采用扫描振动电极技术对焊缝腐蚀进行测试,测试结果表明,最大阳极电流出现在热影响区,随着浸泡时间的延长集中于靠近母材处。焊接接头不同区域间组织存在较大差别,其中热影响区是最易发生腐蚀破坏的区域,在海水中在热影响区发生阳极反应,随浸泡时间延长腐蚀电流增大,腐蚀加速。陈铠等[77]采用电化学扫描微电极技术,对天然海水中92L型钢及其焊接接头的电位分布进行测定,对其局部腐蚀动态过程行为进行研究。试验获得的三维扫描电位分布图能够准确直观地展示焊接接头表面电位的分布、阳极区和阴极区的分布及随时间的改变、焊接接头的腐蚀活性点的发展情况。张士华等[78]用电化学微电极技术研究不锈钢形成的焊接接头在不同腐蚀介质中的电位分布,研究结果表明,在不除氧的硫酸溶液中,电位分布均匀并不会构成大电池电偶腐蚀。Huang等[79]采用扫描振动探针方法确定接缝中的敏化程度,以评价焊接接头的晶间腐蚀敏感性。


2.3 数值模拟技术


随着计算机模拟技术的发展与应用,计算机模拟及仿真技术在各个领域得到广泛应用,逐渐成为焊接、腐蚀等领域的重要研究手段[80,81]。赵博等[82]以水下焊接中静压力对焊接电弧的压缩以及水环境中工件冷却速度的加快为出发点,建立了湿法熔化极气体保护焊接热过程的数值分析模型,得出了不同水深和不同水流速度下的工件热循环曲线、熔池形状等典型数据。模拟结果表明,随水深增加,熔池的深度增加而宽度减小,各等温线的形状也逐步变得狭窄而且更深;随工件表面水流速度增大,熔池变小,等温面所笼罩的体积也显著减小。在焊接的研究中,数值模拟的方法不但可以用于焊接工艺,同样适用于焊接应力分布计算、焊接接头扩散氢的分布和扩散以及焊接接头腐蚀的模拟和预测。Li等[83]使用有限元方法 (FEM) 模拟焊接接头的焊接残余应力分布以及热负荷和冷却条件对应力的影响。模拟结果表明,由于温度场的变化,残余应力降低。Yan等[84]利用ABAQUS软件对X80管线钢焊接接头中的氢扩散进行了研究,开发了三维有限元模型并进行了扩散分析,最终获得了焊接接头的氢浓度分布。模拟结果发现,焊接残留氢在焊接接头上呈现非均匀分布,最大等效应力出现在焊缝金属附近。热影响区的氢浓度最高,其次是焊接区和母材,仿真结果与理论分析一致。Lu等[85]提出了一个可以预测焊缝腐蚀速率的数值模型,该模型能够跟踪焊缝腐蚀成分的变化边界。将模型得到的腐蚀速率与浸泡试验、恒电位极化试验等估算的腐蚀速率进行比较,结果表明,使用该模型预测的腐蚀速率与浸泡实验得到的结果误差在20%以内,与恒定电位极化实验得到的结果误差在10%以内。杨璐嘉等[86]提出了一种基于数值模拟计算的水下金属结构腐蚀防护状态评估方法。该方法利用数值模拟计算构成评估矩阵,结合水下结构外表面监测电位对水下结构整体腐蚀防护状态进行评估。最终可以通过电位分布图显示水下金属结构腐蚀防护的薄弱区域[87]。


3 总结


电偶腐蚀和应力腐蚀是影响水下金属焊接接头腐蚀的重要因素。同时,大量氢的存在及不同区域组织结构的变化会加剧应力腐蚀。因此,针对焊接接头的耐腐蚀性能研究应该围绕电偶腐蚀、扩散氢和晶间腐蚀敏感性展开深入探讨,明确不同腐蚀形式之间的协同作用,并根据焊接环境及焊材的特点,分析不同腐蚀形式所对应的主要影响因素和影响机制,进而找到减少和控制这些腐蚀过程的有效途径。

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