芻議焊接對(duì)金屬材料腐蝕的影響

李維斌

【摘要】由于金屬材料在焊接加工的過(guò)程中，焊接的接頭和焊件接觸的區(qū)域在性能與化學(xué)成分方面可能會(huì)發(fā)生很大的變化，因此在焊接的過(guò)程中就會(huì)對(duì)材料的腐蝕性能造成非常大的影響，而在焊接的接頭處一般是腐蝕比較復(fù)雜和惡劣的區(qū)域。本文首先就焊接缺陷的定義和分類(lèi)、焊接缺陷產(chǎn)生的原因、對(duì)焊件的影響以及防止的措施進(jìn)行了闡述，接著分析了焊接對(duì)于金屬材料造成的腐蝕影響，最后提出了減小焊接對(duì)于金屬材料腐蝕性能的對(duì)策。

【關(guān)鍵詞】焊接缺陷 金屬材料腐蝕 對(duì)策

中圖分類(lèi)號(hào)： TQ441.41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）08（b）-0000-00

金屬材料一般發(fā)生縫隙腐蝕是由焊接過(guò)程中縫隙的大小、介質(zhì)的滯流狀態(tài)以及腐蝕的特性等等各方面的因素導(dǎo)致的，但是最為主要的還是由于焊接表面的缺陷給金屬材料發(fā)生縫隙腐蝕提供了必要的場(chǎng)所。因此，焊接的缺陷對(duì)于金屬材料的腐蝕是非常重要的。

一、焊接缺陷的定義和分類(lèi)

（一）定義

一般定義：在焊接的過(guò)程中由于焊接的接頭中產(chǎn)生的金屬不連續(xù)、不致密以及出現(xiàn)連接不良的現(xiàn)象。

工程定義：在焊接的過(guò)程中焊接的接頭里出現(xiàn)了與設(shè)計(jì)文件以及工藝要求不相符合的缺陷。

（二）分類(lèi)

一般按照缺陷的性質(zhì)可以分為：裂紋、沒(méi)有焊透、沒(méi)有熔合、氣孔、咬邊、焊瘤、焊接變形、焊接的縫隙不良、焊縫的尺寸不符合要求、白點(diǎn)等等。

按照焊接缺陷的文職可以分為外觀的缺陷、內(nèi)部的缺陷以及其他的缺陷。外觀的缺陷常見(jiàn)的是咬邊、沒(méi)有焊滿、燒穿、表面有裂紋、表面沒(méi)有焊透等等。內(nèi)部的缺陷常見(jiàn)的有裂紋、沒(méi)有熔合、沒(méi)有焊透、氣孔等等。其他的缺陷常見(jiàn)的有焊縫化學(xué)成分或組織不符合要求以及白點(diǎn)等等。

二、焊接缺陷產(chǎn)生的原因、對(duì)焊件的影響以及防止的措施

（一）外觀的缺陷

1、咬邊就是指焊縫邊緣母材上被電弧燒熔的凹槽。由于在焊接的過(guò)程中焊工沒(méi)有按照相應(yīng)的規(guī)范導(dǎo)致操作不當(dāng)而引起的，這樣會(huì)導(dǎo)致焊件承載能力的降低，對(duì)于低溫工況部件和高強(qiáng)材料部件容易誘發(fā)腐蝕和裂紋。需要焊工在焊接的過(guò)程中嚴(yán)格按照規(guī)范來(lái)進(jìn)行正確的操作。

2、沒(méi)有焊滿就是指焊縫表面上連續(xù)的或者斷續(xù)的低于母材的溝槽。一般造成沒(méi)有焊滿的根本原因是填充的金屬不足，這樣就會(huì)讓焊件的承載能力減少，非常容易產(chǎn)生應(yīng)力集中。這就需要在焊接的時(shí)候加大焊接的電流，加焊蓋面焊縫。

3、燒穿就是指在焊接的過(guò)程中由于熔深超過(guò)了工件厚度，熔化金屬自焊縫背面流出，而形成的穿孔性缺陷。一般都是由于焊接的電流太大，速度太慢，電弧停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而導(dǎo)致的。這樣會(huì)完全破壞焊縫，使接頭喪失連接和承載能力。這就需要焊工在焊接的過(guò)程中合理操作，盡量減少間隙。

（二）氣孔

焊接熔池中的氣體沒(méi)有在金屬凝固前逸出，而是殘存于焊縫之中而形成的空穴導(dǎo)致氣孔的出現(xiàn)。由于焊材的原因、焊件沒(méi)有清理干凈、焊工的操作不當(dāng)以及焊接的時(shí)候熔池沒(méi)有保護(hù)好都會(huì)導(dǎo)致氣孔的出現(xiàn)，會(huì)使焊件承載力的能力減少，嚴(yán)重的深孔還會(huì)導(dǎo)致泄露，尤其是壓力產(chǎn)品容器，是不允許表面有氣孔出現(xiàn)的。在焊接過(guò)程中要把焊件表面生銹、雜物、水清理干凈，焊條焊劑要烘干，焊前要預(yù)熱，就能很好的防止氣孔的產(chǎn)生。

（三）裂紋

裂紋是由于焊縫里原子結(jié)合遭到了破壞，而形成新的界面產(chǎn)生的縫隙。裂紋按照發(fā)生的時(shí)機(jī)和條件可以分為冷裂紋、熱裂紋、層狀裂紋以及再熱裂紋。冷裂紋一般都是在焊接完成之后的一段時(shí)間才會(huì)出現(xiàn)，有可能是幾小時(shí)，幾天甚至幾個(gè)月的時(shí)間，所以又被稱(chēng)之為延遲裂紋；熱裂紋一般都是在焊接完成之后就會(huì)馬上出現(xiàn)，又叫做結(jié)晶裂紋，主要就是發(fā)生晶界，裂紋上面有氧化色會(huì)讓金屬失去光澤；層狀裂紋主要是在具有丁字接頭以及角接頭比較大的構(gòu)件上，沿著鋼板的軋制方向出現(xiàn)的階梯狀裂紋，其在本質(zhì)上是屬于冷裂紋；再熱裂紋是由于接頭在冷卻之后然后又在加熱到500到700攝氏度的時(shí)候而產(chǎn)生的裂紋，它會(huì)產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化的材料，比如Cr、M、Ti、Nb的金屬。

裂紋是焊接缺陷里危害性最大的，它是一種面積性的缺陷，對(duì)于承載面積減少有非常顯著的作用，應(yīng)力高度的集中以及尖銳的缺口效應(yīng)非常容易擴(kuò)展從而導(dǎo)致金屬容器的破壞。尤其是冷裂紋，其危害是非常可怕的，冷裂紋具有延遲性快速脆斷的特性，帶來(lái)的危害一般都是災(zāi)難性的，并且壓力容器事故很大一部分都是由于裂紋而引起的脆性破壞。

在所有的裂縫中冷裂紋的危害是最大的，一般形成冷裂紋有3個(gè)主要的基本條件：一是焊接接頭形成淬硬組織；二是擴(kuò)散氫的存在與濃集；三是存在較大的焊接拉伸應(yīng)力。冷裂紋通常在焊接低合金高強(qiáng)度鋼、中碳鋼以及合金鋼等等易淬火鋼的時(shí)候非常容易發(fā)生。一般都發(fā)生于比較低的溫度，焊接以后的一段時(shí)間內(nèi)，主要發(fā)生于熱影響區(qū)和焊縫區(qū)，造成的破壞都是典型的脆斷。因此，在焊接的過(guò)程中要采取使用低氫型堿性的焊條，必須要烘干；要進(jìn)行預(yù)熱，嚴(yán)格的控制層間的溫度不能夠低于預(yù)熱的溫度，合理的運(yùn)用焊接規(guī)范，避免在焊縫里淬硬組織的出現(xiàn)；嚴(yán)格按照焊接的順序進(jìn)行操作，盡量避免焊接變形與焊接應(yīng)力；在焊接完成以后要及時(shí)的進(jìn)行消氫熱的處理。

（四）沒(méi)有焊透和沒(méi)有熔合

沒(méi)有焊透就是指母材和木材之間，沒(méi)有被電弧所熔化從而留下的空隙。沒(méi)有熔合就是焊縫金屬和母材之間，焊縫金屬之間沒(méi)有完全的熔合在一起。沒(méi)有焊透和沒(méi)有熔合主要都是由于在焊接的過(guò)程中焊工沒(méi)有按照正確的規(guī)范進(jìn)行操作，導(dǎo)致焊縫的整個(gè)界面沒(méi)有完全的焊透和熔合，二個(gè)都是非常嚴(yán)重的焊接缺陷。

三、焊接對(duì)于金屬材料造成的腐蝕

第一，在焊接的過(guò)程中造成的表面缺陷，比如裂紋、沒(méi)有焊透、沒(méi)有熔合、氣孔、咬邊、焊瘤、焊接變形等等，都會(huì)讓金屬和母材之間導(dǎo)致縫隙的形成。在焊接的時(shí)候噴濺也會(huì)導(dǎo)致金屬粒與母材之間相互接觸的位置形成縫隙。如果在電解質(zhì)溶液氯化鈉水溶液里，這些形成的縫隙處就會(huì)導(dǎo)致縫隙腐蝕的發(fā)生。

第二，在進(jìn)行碳鋼的焊接過(guò)程里，會(huì)有很多的非金屬夾雜物產(chǎn)生，比如氧化物、硫化物以及氮化物。這些非金屬夾雜物會(huì)在很大程度上提升熱裂紋與脆性的傾向，這樣一來(lái)就會(huì)降低焊縫的耐腐蝕性以及塑性。特別是硫化物一般都是由于焊劑帶入，絕大多數(shù)都是以MnS的形式存在，而MnS屬于是活性?shī)A雜物。因此，在進(jìn)行不銹鋼材料的焊接的時(shí)候，會(huì)由于加熱、冷卻的過(guò)程中給熱影響區(qū)帶來(lái)結(jié)構(gòu)以及成分的變化，就會(huì)導(dǎo)致這類(lèi)的材料晶界間的腐蝕傾向變大。

第三，通過(guò)從腐蝕的角度來(lái)看，焊縫區(qū)由于是一對(duì)接觸電池。不一樣的金屬材料在一起接觸，又放在腐蝕介質(zhì)里，有一部分電極電位低的材料為陽(yáng)極，就會(huì)發(fā)生腐蝕溶解。因此，焊接接頭處由于成分的不均性就會(huì)導(dǎo)致選擇性腐蝕的發(fā)生。

第四，焊接過(guò)程中焊接所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力是導(dǎo)致材料應(yīng)力腐蝕的關(guān)鍵原因。通常鋼板在進(jìn)行焊接之后，剩余應(yīng)力的最大值會(huì)和母材的屈服極限值接近。應(yīng)力腐蝕破裂裂紋一般都是和拉伸的最大應(yīng)力想垂直。所以直接導(dǎo)致裂紋的應(yīng)力就是最大主應(yīng)力。如果和主應(yīng)力相垂直的最小主應(yīng)力越大，裂紋發(fā)生的時(shí)間就會(huì)更早。如果焊接幾何形狀的偏差導(dǎo)致應(yīng)力集中，也會(huì)提升應(yīng)力腐蝕的傾向。

第五，對(duì)于應(yīng)力腐蝕影響比較大的就是焊接接頭處組織的變化，一般這種影響會(huì)由于腐蝕環(huán)境的不一樣而有所不同。比如奧氏體不銹鋼的焊接接頭的原熔融部位里面含有的鐵素體如果在鹽酸溶液里，就會(huì)成為優(yōu)先腐蝕的對(duì)象，非常容易形成網(wǎng)狀裂紋。而在熱影響區(qū)中沿著晶界間析出的碳化鉻在氯化鈉水溶液等類(lèi)型的腐蝕環(huán)境里，就會(huì)導(dǎo)致鋼材晶界間應(yīng)力腐蝕的抗力效果明顯的減低。

四、減小焊接對(duì)于金屬材料腐蝕的對(duì)策

在整個(gè)焊接過(guò)程中，對(duì)于金屬材料腐蝕的影響是很復(fù)雜的，也是不可避免的，只能盡量減少焊接對(duì)于金屬材料腐蝕的影響，所以除了要控制好焊接過(guò)程中焊接的缺陷以及殘余應(yīng)力外，還要根據(jù)腐蝕的環(huán)境進(jìn)行合理的選材以及使用最好的焊接工藝。對(duì)于碳鋼的焊接就要采用和母材類(lèi)型一樣的焊接填充金屬；對(duì)于不銹鋼來(lái)說(shuō)，主要就是要充分地考慮在焊接的過(guò)程中如何去消除因?yàn)樘蓟t析出而導(dǎo)致的晶界間腐蝕。要想很好的解決這一問(wèn)題，就可以在焊接的時(shí)候通過(guò)焊芯的成分來(lái)對(duì)于焊縫處的合金成分進(jìn)行調(diào)節(jié)，讓熱影響區(qū)沒(méi)有碳化鉻析出。比如，可以降低碳的含量、延長(zhǎng)正火的時(shí)間以及加入穩(wěn)定的碳化物形成鈦元素和鉬元素來(lái)達(dá)到晶界間腐蝕的避免。加入鎳元素和氮元素可以加快碳化物的析出，延遲間隙相析出。盡量降低硅元素的含量，因?yàn)楣柙貢?huì)促進(jìn)碳化物和間隙相的析出。因此，通過(guò)這些合金元素之間的互相作用，可以有效的讓碳化鉻和間隙相在焊接的過(guò)程中不析出，耐腐蝕性能等到很大的提高。

結(jié)束語(yǔ)：

通過(guò)上文分析可知，很多的壓力容器和化工設(shè)備都必須要進(jìn)行焊接加工，焊接的焊縫和熱影響區(qū)的腐蝕性能好不好，會(huì)直接影響到生產(chǎn)以及人員的生命安全。所以要把焊接過(guò)程中可能對(duì)金屬材料產(chǎn)生腐蝕影響的各種因素充分的考慮進(jìn)去，而這對(duì)生產(chǎn)安全具有十分重要的意義。

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