物理學在金屬焊接接頭的腐蝕中的研究應用

（甘肅能源化工職業學院，甘肅 蘭州 730207）

近幾年來，由于除金屬以外的材料、合成材料等大量使用以及實用環境的苛刻，使得材料腐蝕、失效對社會經濟的可持續發展造成嚴重影響。材料的腐蝕現象是自發產生的，從熱力學角度分析，材料在腐蝕過程中，其體系結構的自由能會隨之逐漸降低[1]。金屬焊接接頭腐蝕的產生原因，主要是受到周圍環境因素的影響，發生損壞或變質的現象，金屬焊接接頭腐蝕是一種常見的腐蝕現象之一。在現代工業結構當中，由于其運行環境之間惡劣，加之高溫、高壓的影響，金屬焊接接頭很容易產生腐蝕現象。焊接是將兩種或兩種以上材料，通過加熱或加壓的方式將其結合，并達到原子級上的永久性連接。焊接工藝的基本原理是采用外部施加能量的方式完成，以此促進兩個分離的材料實現原子接近，并形成原子鍵[2]。因此，金屬焊接接頭既涉及到化學領域，又涉及到物理學領域。隨著新工藝的產生，人們對于不同構成結構的性能提出了更高的要求，為保證金屬焊接接頭結構的安全運行，本文開展物理學在金屬焊接接頭的腐蝕中的研究應用，對工程施工企業的安全運行具有現實工程意義。

1 金屬焊接接頭腐蝕物理學應用研究

1.1 明確發生物理學腐蝕條件

根據金屬焊接接頭常見的應用環境，明確發生物理學腐蝕條件。造成金屬焊接接頭產生腐蝕現象的主要原因，是由于受到物理學中的靜應力影響，當金屬焊接接頭的靜應力低于其屈服強度時，會發生嚴重的腐蝕[3]。在工業生產企業，周圍環境當中含有大量潮濕的介質時，金屬焊接頭也極易發生腐蝕破壞，這一腐蝕現象的物理學原因是由于殘留拉應力所造成，這種腐蝕現象可以通過應力退火的方式避免。除此之外，金屬焊接接頭發生物理學腐蝕條件還包括以下幾點：

第一，只有金屬焊接接頭含有特殊的合金成分，并且在特定高介質條件當中，才會發生物理學腐蝕，例如某種工業生產企業中常見的黃銅金屬材料焊接接頭，在氨溶液當中會發生腐蝕現象，但在水溶液當中便會直接發生破裂現象；

第二，通常情況下，金屬焊接接頭的腐蝕擴展速率可達到10-8～10-5m/s，并且腐蝕擴展是漸進緩慢的，因此只有在其達到一種亞臨界狀態時，并且其余斷面無法再承受更大的外載力時，才會突然出現斷裂的現象。

第三，只有在金屬焊接接頭的表面蝕坑位置才會產生物理學的腐蝕現象，而在光滑的表面基本不會產生，并且裂紋在擴展過程中會伴隨著垂直方向上的拉力影響。

第四，只有破壞斷口表現為暗灰色，并且由腐蝕產物產生時才能說明金屬焊接接頭發生了腐蝕。當破壞斷口表面光滑，并且顏色具有一定金屬光澤時，則通常情況下為疲勞斷口。

第五，金屬焊接接頭處發生穿晶斷裂或晶間斷裂時，基本可以認為是物理學腐蝕。同時，若為穿晶斷裂結構，則其接頭位置上會產生平滑的平面，并且裂紋會呈現出“人”字形[4]。

1.2 物理學腐蝕抗力指標及檢測

根據得到的數據結果，判斷金屬焊接接頭的物理學腐蝕特性。圖1為金屬焊接接頭受到物理學腐蝕時，被破壞時間與初始應力強度關系對應圖。

圖1 被破壞時間與初始應力強度關系對應圖

由圖1中金屬焊接接頭腐蝕過程中，被破壞時間與初始應力強度曲線圖可得，當τ值小于物理學腐蝕門檻值時，則在應力的作用下，金屬焊接接頭能夠在長時間的腐蝕環境當中不發生破壞；當τ值大于物理學腐蝕門檻值時，則在腐蝕性的環境當中，隨著應力的作用，金屬焊接接頭產生裂紋，并逐漸呈現出亞臨界擴展狀態。隨著裂紋的不斷增加，在裂紋尖端的τ值會隨之不斷增加，進而達到某一階段時發生斷裂，將該時段數值設為τc；當τ值大于τc時，則受到初始載荷的作用，受到物理學腐蝕影響的金屬焊接接頭會立即發生斷裂。

1.3 影響物理學腐蝕因素分析

金屬焊接接頭的物理學腐蝕只會在一定的材料介質組合的條件下才會產生，在某些特定情況下也會發生物理學腐蝕裂紋，例如在濃度很低的介質當中。通常情況下，介質的濃度越高、周圍環境溫度越高，則金屬焊接接頭越容易發生物理學腐蝕。

在不同類型的介質當中，金屬焊接接頭具有不同的抗物理學腐蝕開裂能力，如表1所示。

表1 接頭發生物理學腐蝕的材料組成及介質組成

通常情況下，當不同類型介質的濃度不斷增加時，金屬焊接接頭的臨界物理學腐蝕開裂相應的應力會隨之減小。

金屬焊接接頭所處環境溫度也是影響物理學腐蝕因素之一，當金屬焊接接頭所處介質的溫度不斷減小時，金屬材料受到熱脹冷縮的影響，其物理學腐蝕開裂發生的概率也會隨之增加[5]。在達到一定溫度的介質環境當中，由于受到金屬焊接接頭本身應力的影響，由上文可知當應力不斷增加時，會加劇金屬焊接接頭裂紋的擴展，因此會進一步增加金屬焊接接頭物理學腐蝕開裂的敏感度。

除此之外，金屬焊接接頭的材料組成以及組織狀態對其物理學腐蝕的敏感度也有著較大的影響。金屬焊接接頭若為純金屬材料則不會發生物理學腐蝕現象，但隨著金屬焊接接頭使用時間的增加，其吸附的雜質將逐漸增加，造成其物理學腐蝕的敏感性加大。當金屬焊接接頭組成材料的晶粒不斷加粗，金屬焊接接頭的物理學腐蝕敏感度也會逐漸增加。金屬焊接接頭的物理學腐蝕敏感度越高，則越容易發生腐蝕并開裂。

2 結語

本文開展了對物理學在金屬焊接接頭的腐蝕中的研究應用，對金屬焊接接頭在日常應用中產生的物理學腐蝕現象影響因素提供了依據。通過研究得出，金屬焊接接頭的物理學腐蝕會受到介質濃度、所處環境周圍溫度以及材料的組成狀態影響。因此，根據本文研究，在后續應用金屬焊接接頭時，可通過控制周圍環境中的上述因素，實現金屬焊接接頭的防腐蝕性能，以此提升工業生產企業的運行效率。