浅谈焊接对金属材料腐蚀的影响

陆彦军　葛云峰

摘要：在进行金属材料的焊接过程中，焊接接头和焊缝接触的区域在性能和化学成分方面可能会有很大差异，所以在焊接过程中极大可能会导致材料本身发生变化，从而引起腐蚀现象，通常来说焊接接头处是受腐蚀的重灾区，在本文中我们分析了焊接对金属材料腐蚀的影响，并简单阐述了降低金属材料焊接腐蚀性能的解决方案。

关键词：焊接;金属材料;腐蚀引言

金属材料的缝隙腐蚀是指焊接过程中间隙的大小、介质的运动状态以及腐蚀特性等原因，这其中最重要的是，焊接表面缺陷为金属材料的缝隙腐蚀提供了一定的空间，因此焊接缺陷会极大地影响金属材料的腐蚀。在焊接过程中，某些加工应力（例如相变应力）超过了屈服极限，因此该残余应力在焊接后仍保留在焊缝中，焊接残余应力会严重影响焊接零件的抗应力腐蚀性能，所以必须以多种方式进行处理，焊接后热处理是一种减少焊接中残余应力的方法，本文探讨了焊后热处理对金属材料耐应力腐蚀的影响。

1.对于焊接腐蚀的研究

焊接结构在使用过程中被腐蚀，导致严重的应力腐蚀损坏，增加了应力腐蚀开裂的发生率以及对钢结构的损坏，焊接结构的应力腐蚀破坏问题也是国内外学者关注的焦点，在之前的研究中，来自不同国家的学者主要通过模型测试来研究焊接结构的应力腐蚀行为，但是由于钢类型与焊接工艺和腐蚀环境的差异会影响焊接结构的应力腐蚀行为，由于通过模型测试获得的数据的特定特性，因此很难总结和探讨焊接结构的应力腐蚀行为机理，所以科研专家获得的关于焊接结构应力腐蚀行为机理的理论结果并不高于通過模型试验获得的结果，缺乏理论结果在一定程度上对研究人员测试结果的准确分析影响较大。

2.焊接对于金属材料造成的腐蚀

首先，由于诸如裂纹、熔深、无熔深、气孔、咬边、焊接旋钮和焊接过程中发生的焊接变形等表面缺陷，在金属和母材之间形成了间隙、另外，由于焊接时的飞散在金属粒子与母材接触的部位可能产生间隙，如果电解液是氯化钠水溶液，这些间隙将导致缝隙腐蚀。其次，碳钢焊接工艺中有许多非金属夹杂物，例如硫化物、和氮化物与氧化物，这些非金属夹杂物显着增加了热裂纹和脆性的趋势，并降低了焊接的耐腐蚀性和塑性，尤其是硫化物通常由助熔剂携带，其中许多以MnS形式存在，MnS是一种活性夹杂物， 因此，当焊接不锈钢材料时，在加热和冷却过程中热影响区的结构和组成会改变，从而增加了这种材料本身腐蚀的趋势。第三，当前大型设备通常采取现场安装。现场安装通常涉及焊接过程，通过焊接过程对材料进行局部加热会立即产生高浓度的温度，从而导致材料不均匀，由于压力过大将显示屈服极限的情况也经常出现，焊接后的材料具有很强的焊接残余应力，这会导致应力腐蚀并影响压力容器的使用，应力腐蚀只能在某些情况下发生，并且必须存在应力才能引起应力腐蚀开裂。应力腐蚀断裂属于延迟断裂，其特征在于低应力和脆性，在中国石化行业中，由于金属材料中同时存在腐蚀介质和拉伸应力，因此经常发生应力腐蚀开裂，目前退火通常用于去除焊缝冷却后的残余应力。但焊接冷却更可能产生残余应力，又浪费资源会增加焊接残余应力，焊后热处理技术可以尽快消除残余应力，焊接后热处理方法首先将金属材料预热至热处理温度，在焊接过程中保持该温度并在焊接完成后缓慢冷却材料，由此可以减少焊接的残余应力，并且可以提高金属材料的抗应力腐蚀性能。

3.以管线钢接头焊接为例，分析防腐措施3.1接头热处理由于接头的化学成分、微观结构、晶粒大小和残余应力与母材的化学组成，微观结构、晶粒大小和残余应力不同，所以接头通常比母材更容易受到腐蚀，对焊接接头后期使用热处理工艺，以改善接头结构的性能并消除零件分离，残余应力有效改善了管道钢接头的机械性能和耐腐蚀性，但是为提高管道钢配件的耐腐蚀性而进行的热处理通常受到限制，需要结合其他方法加以保护。

3.2防护涂层与阴极保护目前，管线钢的防腐主要是通过表面涂层和阴极保护相结合的方式来进行。主要用于土壤环境中的长距离管道，表面涂层在管道的钢表面上提供特定的保护涂层，以物理隔离腐蚀性介质并提供被动保护，管道钢有不同类型的保护涂层，在管道钢的组装和使用过程中涂层会脱落，并且在剥离涂层下管道钢的腐蚀会更加严重，这个问题引起了国内外学者的关注，并成为研究的热点。阴极保护是一种通过直接或间接向管道钢施加电流以使管道钢处于相对负电位来防止管道钢腐蚀的方法。此方法主要用于保护具有高土壤电阻率的大型金属部件或结构，例如长距离地下管道或大型储罐组，在管道钢普遍腐蚀的情况下，广泛采用阴极保护和有机涂层相结合的保护方法，这种方法不仅控制了整体腐蚀，而且降低了低强度管线钢的SCC敏感性，对于高强度等级，阴极极化（或传统的阴极保护）不能有效地控制材料的SCC性能。

3.3缓蚀剂缓蚀剂是控制管道钢腐蚀的化学物质，是腐蚀防护的重要手段，通过在管道表面上沉积和吸附形成保护膜，可以有效地抑制微生物的腐蚀和管道的亚尺度腐蚀，目前腐蚀抑制剂的种类很多，腐蚀防护机理也很不同，由于它的低成本和有效性，它被广泛用于石油和天然气行业，同时应该重点开发生产新型且毒性较小并有效的腐蚀抑制剂。

3.4表面改性表面改性是改善腐蚀防护的研究热点，例如激光熔覆、渗层，喷丸处理等等。通过将外部元素引入到管线钢的表面中或改变表面结构和细晶粒，并将表面拉伸应力转化为压应力，上述方法提高了管线钢的抗SCC性，同时，正在研究其他表面改性工艺对腐蚀性能的应用，尽管该方法是表面处理，不需要对管线钢进行内部处理，但易于自动化生产，但不能从根本上解决腐蚀问题，有科研人员发现，X70管线钢焊缝的原始状态存在残余拉应力，容易造成Cl-引起的应力腐蚀开裂，激光冲击处理会在焊缝中产生残余压应力，同时精炼表面颗粒表层形成增强层，从而提高管道钢焊缝的耐盐雾腐蚀能力。

3.5改善腐蚀环境腐蚀环境的差异对管道钢的腐蚀有重要影响，因此改善温度、湿度、pH值和适度的流量等变量可以有效地减缓管道钢腐蚀的进程，经过科研人员的研究发现，湿度对X70管线钢的腐蚀有重要影响，最大腐蚀速率是土壤湿度在15%至20%之间时，在相同湿度下，盐渍土壤的侵蚀速度更快。

4.减小焊接对于金属材料腐蚀的对策

在整个焊接过程中，对金属材料腐蚀的影响非常复杂且不可避免，只能在焊接时尽量减少对金属材料腐蚀的影响，因此除了抑制焊接过程中的焊接缺陷和残余应力外，还需要根据腐蚀环境选择合适的材料并采用最佳的焊接工艺，焊接碳钢时，使用与母材相同的填充金属进行焊接，对于不锈钢请仔细考虑如何消除焊接过程中碳化铬沉淀引起的晶间腐蚀。

结束语许多压力容器和化学设备都需要焊接，焊缝和热影响区的腐蚀性会直接影响生产和人员安全，因此有必要仔细考虑在焊接过程中可能对金属材料产生腐蚀作用的各种因素，这对生产安全性具有重要意义。

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