有色金属等离子弧焊接热处理与耐腐蚀性研究

2018-01-29李鹏

世界有色金属 2018年23期

李鹏

（甘肃工业职业技术学院，甘肃天水 741025）

早在十九世纪五十年代初期，美国联合碳化物公司便研究得出，把电弧经过物理压缩之后能够使其能量集中，且射流速度变大、弧温度升高。期初，这种压缩电弧主要被应用到切割领域当中。而随着科学技术不断进步，这种压缩电弧也逐渐被应用到有色金属焊接当中[1]。等离子弧对非熔化极气体保护电弧焊进行电磁收缩、热压缩和机械压缩而产生的等离子体。在经过电磁收缩、热压缩和机械压缩之后，其温度更高、能量更为密集且弧柱直径相对较小，电离程度也变得更加充分。将其应用到有色金属焊接当中，不仅仅经济性能较好，且质量也相对较高。基于此，本文主要深入研究了有色金属等离子弧焊接的热处理与耐腐蚀性。

1 有色金属等离子弧焊接热处理研究

（1）有色金属等离子弧焊接特点。有色金属等离子弧焊接难度相对较大，首先，有色金属在等离子弧焊接过程当中极其容易受与氢气、氮气以及氧气发生反应，其反应物将会严重的影响到焊接接头的耐腐蚀性能与力学性能[2]。因此，在有色金属等离子弧焊接过程当中需要对超过400摄氏度的焊接区域进行实时的氩气保护，以此来防止高温有色金属与氢气、氮气以及氧气接触发生不良反应；其次，有色金属的导热系数都相对比较偏低，在进行焊接时会其高温区域偏大，停留时间较长，且冷却速度相对较慢，因此，在其焊缝区和热影响区当中极其容易产生粗大晶粒，使得热组织塑形下降[3]。除此以外，在有色金属等离子弧焊接过程当中，如果不小心混入了氢物质，那么势必会影响到其焊接头的质量，出现裂纹等问题。

（2）有色金属等离子弧焊接热处理状况研究。有色金属等离子弧焊接具有优良的焊接性能、机械性能以及耐腐蚀性能，因此它被广泛的应用到航天航空行业、石油化工行业当中。热处理工艺能够有效的改善有色金属的微观组织。经过研究表明，有色金属等离子弧焊接机械性能的好坏、耐腐蚀性的强弱与其微观组织有着极为密切的联系。尤其是在其焊接过程当中，由于受热不均匀且冷却速度较快，使得焊接接头处出现残余应力，进而导致其微观组织不稳，出现亚结构问题。因此，在有色金属等离子弧焊接过程当中，要及时处理焊接接头处的残余应力，使不稳定的亚结构得以恢复。

2 有色金属等离子弧焊接耐腐蚀性研究

有色金属等离子弧焊接耐腐蚀指有色金属在与等离子弧焊接之后所引起的有色金属表面变质或者破坏的现象。有色金属等离子弧焊接耐腐蚀被认为是当前工程材料里面最为常见的一种腐蚀破坏形式，同时它也是当前世界各国腐烛学的主要研究内容之一，包括物理化学腐烛与电化学腐蚀。我们平常所说的“生锈”就是指铁基合金或者钢铁材料的腐蚀产物，“铁锈”这种腐蚀产物是在水与氧气的共同作用下所生成的，它主要是由含水氧化铁组成的。而有色金属在等离子弧焊接的影响下也会发展腐蚀破坏，当有色金属发展腐蚀破坏以后它就会以其它产物的形式展示出来，比如锌表面生成的“黑漆”、铜合金生成的“铜绿”等等。

（1）有色金属腐蚀形态分类。有色金属等离子弧焊接耐腐蚀形态主要有三种，分别是普遍性腐烛、局部腐烛以及应力腐蚀。普遍性腐蚀又被称之为全面腐蚀。当有色金属与腐蚀介质进行了直接接触时就会发生普遍性腐蚀，导致有色金属表面完全被腐蚀掉。普遍性腐蚀的危害性较小，且相对比较容易控制；有色金属局部腐蚀是电化学腐烛的一种，最为常见的腐蚀行为分为缝隙腐蚀、丝状腐烛、晶间腐蚀以及点偶腐烛等等，这种腐蚀往往危害性较大，无论是对有色金属还是对人都有着严重的危害，因此，在工程应用当中要严格注意有色金属等离子弧焊接的局部腐蚀；有色金属等离子弧焊接应力腐蚀是指有色金属在腐蚀介质与应力的同作用下所产生的腐蚀实效现象，它主要包括疲劳腐蚀、氢脆腐蚀、冲击腐蚀、应力腐蚀以及威震腐蚀等等。由于大多数金属材料都会被作成机械产品的一部分被放置到一定的腐蚀和应力环境之下，因此，应力腐蚀是最为常见的一种有色金属腐蚀形态，同时它也是影响机械产品结构安全的一个重要隐患。

（2）有色金属电极电位研究。当判断有色金属是否已经发生电化学腐蚀时，首先可以把有色金属本身的标准电极电位与其介质当中所包含物质的平衡电极电位进行比较，以此来进行观察。如果此时有色金属的电极电位高于平衡电极电位，那么则意味着有色金属还没有发生电化学腐蚀；如果有色金属的电极电位低于平衡电极电位，那么则意味着有色金属已经发生了电化学腐蚀。

（3）有色金属等离子弧焊接耐腐烛机理研究。有色金属本身的化学性质较为活泼，对多种金属腐蚀介质都能够表现出较为良好的抗腐蚀性能。当有色金属被暴露在大气或者是含氧介质里面时，有色金属表面便会立刻形成一个坚固而又致密的氧化膜。这个氧化膜具有较强的保护作用，能够有效的保护有色金属，阻挡其与腐蚀介质发生反应。如果氧化膜被迫受到机械损伤，也会立刻形成一个新的的氧化膜，同时附着在有色金属表面。随着温度以及极电位的不断变化，氧化膜的厚度也会随着其发生相应的变化，以此来阻挡腐蚀介质与有色金属的表面直接接触，从而达到其抗腐蚀作用。

当前，实验室用于评定有色金属等离子弧焊接耐腐蚀性强弱的方法主要有两种，其中一种被称之为失重法，此种方法简单便捷。首先，将有色金属放置于某一种腐蚀性溶液当中进行观察，待观察一段时间后，根据有色金属损失的质量来进一步判断其耐腐蚀性。失重法的周期相对较长，往往需要12-19个月的观察期。另外一种方法是塔菲尔曲线法，也就是通过极化曲线来测定有色金属的自腐蚀电位，进而通过自腐蚀电位来衡量出有色金属在此种腐蚀介质当中耐腐蚀性的强弱。这种方法操作起来较为便捷，且周期相对较短。该方法在具体实践当中能够有效的得出有色金属的耐腐蚀性以及影响其腐蚀的机理和因素，因此，塔菲尔曲线法已经被广泛的应用到了有色金属耐腐蚀性机理研究当中。