Q235 鋼焊接接頭的組織結(jié)構(gòu)耐蝕性能的影響分析

方 華,姜 赫,2,李 曄,段 進(jìn)

（1.東北石油大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院，大慶，163318；2.大慶師范學(xué)院物理與電氣信息工程學(xué)院，大慶，163712）

0 概述

Q235 鋼板是一種普通碳素結(jié)構(gòu)鋼。由于大氣、土壤、溶液等自然環(huán)境復(fù)雜多變，Q235 鋼受諸多腐蝕因素的共同作用，每年因腐蝕而引起的經(jīng)濟(jì)損失相當(dāng)嚴(yán)重，給國(guó)家造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。采用不同的焊接方法對(duì)試件進(jìn)行焊接，通過(guò)電化學(xué)分析法、金相組織分析法對(duì)試樣進(jìn)行分析，研究確定不同焊接工藝下焊接接頭中的耐蝕性。為工程施工中通過(guò)焊縫熱處理得到耐蝕焊縫提供理論基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料及器材

試驗(yàn)的原料為3.5%氯化鈉（分析純）。試驗(yàn)器材為CS 電化學(xué)工作站 (武漢科思儀器制備廠）、BS124S 電子分析天平、 HH-SH數(shù)顯恒溫儀、電烙鐵等。工作電極分別是Q235 鋼焊縫、母材和熱影響區(qū)，輔助電極為鉑電極 參比電極為飽和甘汞電極（SCE)。

1.2 試驗(yàn)方法

試樣制備：手工電弧焊采用普通的J427 焊條；鎢極氬弧焊采用普通的H08Mn2SiA 焊絲；CO2氣體保護(hù)焊采用ER56-1,對(duì)厚6mm 的Q235 鋼進(jìn)行對(duì)焊連接,然后將得到的焊接接頭按S焊縫：S熱影響區(qū)：S母材=1：1：1 取下制成試樣,熱影響區(qū)的試件取樣按照距離焊縫10mm 范圍內(nèi)取樣。

極化曲線(xiàn)的測(cè)量：采用三電極電化學(xué)腐蝕體系，HH-SH 數(shù)顯恒溫水浴鍋控制溫度，待試樣表面在溶液中穩(wěn)定20min 后測(cè)量自腐蝕電位。以此為起點(diǎn)按2mV/s 的掃描速度對(duì)被測(cè)體系進(jìn)行極化，得到相應(yīng)的極化曲線(xiàn)。借助于塔費(fèi)爾E-Ecorr=a+blgi，應(yīng)用極化曲線(xiàn)外推法，求出試樣在不同溫度的腐蝕電流密度Icorr。

2 結(jié)果與討論

2.1 焊接方式對(duì)各焊接接頭腐蝕速度的影響

圖1 為20℃時(shí)不同焊接方法制備的焊接試樣的不同部位在3.5%NaCl 溶液中的極化曲線(xiàn)。由圖可知，氬弧焊和手工焊各部位的腐蝕速率情況均是v母材＜v熱影響區(qū)＜v焊縫，CO2氣體保護(hù)焊的各部位的腐蝕速率情況卻是v焊縫＜v母材＜v熱影響區(qū)。此差別的產(chǎn)生是由于不同焊接方式會(huì)影響各部位的組織結(jié)構(gòu)，因此會(huì)造成不同的腐蝕速率。另外在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，電極表面均發(fā)黑，但是黑度不同，采用CO2氣體保護(hù)焊的接頭表面呈烏黑色，而采用氬弧焊和手工電焊的焊縫表面呈灰色,母材表面呈深黑色。試樣表面呈現(xiàn)出不同的顏色說(shuō)明表面膜致密程度不同，電極表面烏黑發(fā)亮，說(shuō)明膜較致密，因而耐蝕性好。據(jù)此可認(rèn)為母材耐蝕性最好，其次是CO2氣體保護(hù)焊的接頭。由圖1 還可見(jiàn)，CO2氣體保護(hù)焊的接頭極化率較其它焊接方法制備的焊接接頭極化率大，說(shuō)明采用CO2氣體保護(hù)焊的接頭最耐蝕。從表1 可以看出在3.5%NaCl 體系中，各焊接接頭的腐蝕速率排列次序?yàn)関CO2＜v母材＜v手工焊＜v氬弧焊。

圖1 三種焊接方法的母材、焊縫和熱影響區(qū)在20℃條件下3.5%NaCl 溶液中的極化曲線(xiàn)

2.2 溫度對(duì)各焊接接頭腐蝕速度的影響

表1 3.5% NaC l 溶液中各焊接接頭及母材的自腐蝕電位與腐蝕電流

2.3 金相組織分析

3a 母材

3b 手工電弧焊焊縫

圖2 為不同焊接方法制備的焊接接頭在3.5%NaCl 溶液中，不同溫度下的極化曲線(xiàn)。從圖2 可以看出，溫度升高，各焊接接頭的自腐蝕電位無(wú)明顯變化。當(dāng)溫度在20-40℃時(shí)CO2氣體保護(hù)焊接頭的極化率大于母材，說(shuō)明此時(shí)CO2氣體保護(hù)焊接頭耐蝕性高于母材。但當(dāng)溫度在60℃時(shí)，母材的腐蝕電流最小，因此母材較焊接接頭耐蝕。表1 是3.5%NaCl 溶液中不同焊接接頭及母材的自腐蝕電位與腐蝕電流，從表1 中可以看出，20℃時(shí)，ICO2＜I母材＜I手工焊＜I氬弧焊。焊接接頭的耐蝕性不僅與焊接接頭的腐蝕速率與母材的腐蝕速率相對(duì)大小有關(guān),還與哪個(gè)部位先腐蝕有關(guān)，因此，20℃時(shí)，CO2氣體保護(hù)焊的接頭在3.5%NaCl 介質(zhì)中耐蝕性最好。40℃時(shí)，ICO2＜I母材＜I手工焊＜I氬弧焊，CO2氣體保護(hù)焊的接頭在3.5%NaCl 介質(zhì)中耐蝕性最好。60℃時(shí)，I母材＜I氬弧焊＜ICO2＜I手工焊， 因此采用氬弧焊的接頭在3.5%NaCl 介質(zhì)中耐蝕性最好。

3c 鎢極氬弧焊焊縫

3d CO2 氣體保護(hù)焊焊縫

從圖3a 可見(jiàn),母材的顯微組織為晶粒細(xì)小均勻的鐵素體加珠光體,具有良好的耐蝕性。圖3b 為手工電弧焊焊焊縫顯微組織,為大量的鐵素體以及少量珠光體,部分呈魏氏體組織形態(tài)。由于有魏氏組織的出現(xiàn),降低了焊縫的耐蝕性。圖3c 為鎢極氬弧焊焊縫顯微組織,為大量鐵素體加少量片狀珠光體組織，并有少量的鐵素體在晶界中析出。圖 3dCO2氣體保護(hù)焊焊縫顯微組織，焊縫組織晶粒細(xì)小,由珠光體和針狀鐵素體組成,細(xì)小的珠光體散布在鐵素體之間。

3 結(jié)論

（1）20℃時(shí)，在3.5%NaCl 溶液體系中氬弧焊和手工焊各部位的腐蝕速率情況均是v母材＜v熱影響區(qū)＜v焊縫，CO2氣體保護(hù)焊的各部位的腐蝕速率情況卻是v焊縫＜v母材＜v熱影響區(qū)。說(shuō)明采用CO2氣體保護(hù)焊的接頭最耐蝕。在3.5%NaCl 體系中，各焊接接頭的腐蝕速率排列次序?yàn)関CO2＜v母材＜v手工焊＜v氬弧焊。

（2）40℃時(shí), ICO2＜I母材＜I手工焊＜I氬弧焊所以CO2氣體保護(hù)焊的接頭耐蝕性最好。60℃時(shí)，I母材＜I氬弧焊＜ICO2＜I手工焊所以鎢極氬弧焊的接頭耐蝕性最好。

（3）金相組織分析顯示，CO2氣體保護(hù)焊焊縫焊縫組織晶粒細(xì)小,耐腐蝕性能好。手工電弧焊焊焊縫顯微組織由于有魏氏組織的出現(xiàn),降低了焊縫的耐蝕性。這與電化學(xué)測(cè)試結(jié)果吻合。

2a 母材在不同溫度下的極化曲線(xiàn)

2b 手工電弧焊在不同溫度下的極化曲線(xiàn)

2c 氬弧焊在不同溫度下的極化曲線(xiàn)

2d CO2 氣體保護(hù)焊在不同溫度下的極化曲線(xiàn)

[1] 趙雪娥，蔣軍成，王永忠，劉賢國(guó).Q235-B 鋼在原油儲(chǔ)罐中的腐蝕及其機(jī)理[J].石油化工腐蝕與防護(hù)，2008，25（3）：4-6.

[2] 劉焱，馬東鳳，伍遠(yuǎn)輝.Q235 鋼在大氣、土壤、溶液中的腐蝕及防護(hù)研究進(jìn)展[J].遵義師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，10（5）：66-70.

[3]焦杰，楊文君.Q235 鋼焊接工藝設(shè)計(jì)及焊接工藝評(píng)定[J].科技論壇，2004，10（2）：57-59.

[4] 趙麥群,雷阿利.金屬的腐蝕與防護(hù)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2002:46- 56.

[5] 馮拉俊，郭巧琴等.碳鋼焊接接頭在亞硫酸銨溶液中的耐蝕性研究[J].2006,25(3):26- 28.