海洋工程鋼結構焊縫腐蝕與防護拓展研究

孔祥強，胡昌兵

（海洋石油工程（青島）有限公司，山東 青島 266520）

海洋工程是新時代提升國家綜合實力的一項重要工程，海洋中蘊藏著巨大的豐富能源。鋼結構在海洋工程中地應用非常廣泛，海洋工程鋼結構的焊縫腐蝕處理非常重要，對鋼結構焊接接頭的有效研究，可以明顯增強鋼結構的焊接處理效果。在進行焊接處理時，需要根據整體焊接情況對海洋工程的鋼結構進行比較明確的分析。在實際生產中，作為鋼材的焊接結構改善了主要的適用形態，因此整體的組織形態也發生了變化。在焊接的整體處理中，需要對焊接技術、熱處理、超聲波的影響進行最終的焊接效果改善[1]。

1 焊接接頭的組成

焊接接頭通常為兩個以上部件在一起焊接的接頭。或者通過焊接連接的兩個以上的部件。這包括焊接接頭、熔接帶、熱影響部。焊接金屬組織受母材影響，焊接部的接合部受合金化及焊接熱的影響。在海洋工程系統的整體處理工序中，需要進行焊接接頭的預備焊接組合。在接頭的變化下，焊接面積和熔融區域具有特定的特性，因此合金化合物的控制可以在三維圖像上實現，通過信息的整體收集，相應地控制熱影響區域的微觀結構，微觀結構的差異也會改變，金屬的微觀結構有很大的不同。因此，在綜合處理中焊接接頭整體的結構不同，需要綜合評價尺寸，同時需要進行鋼結構焊接墊片的接合處理。在共同間隙的控制下，鋼結構的整體層次也能得到更好的保護，防止腐蝕。

2 焊縫區域的腐蝕種類

焊接部分的整體控制需要控制整個材料環境。同時，在分析過程參數時，焊接整體的變化需要控制裂紋、黑點、焊接接頭等焊接缺陷，嚴格控制焊接間隙的腐蝕，防止焊接間隙的腐蝕。需要有組織地控制焊接面積的變化，需要通過控制集中整體電位差的變化，能夠有效地避免焊接間隙的腐蝕。

第一，電偶腐蝕：眾所周知，電偶腐蝕也是不同種類的金屬腐蝕或接觸腐蝕。當化學性質和環境介質的兩種不同材料形成電路時，高電位金屬由陰極緩慢腐蝕，低電位金屬加速正極腐蝕。在腐蝕性介質中，由于微觀組織的不均勻分布和焊接接頭的組成不同，容易發生電位差，發生腐蝕。電解質溶液的pH值改變了極性，隨著ph值的減少，電偶對從熱影響部變為母材。焊接接頭腐蝕是焊接接頭服務過程中的一般腐蝕行為，減少焊接接頭不同區域之間的微觀結構差異，平衡電位差，有效減少焊接接頭腐蝕的發生頻率，起到保護作用。

第二，應力腐蝕：在應力腐蝕的情況下，應均勻地處理介電層。一般來說，腐蝕應力機構可以整體控制陽性溶極，通過將腐蝕應力機構集中在焊接線上，在整體控制結束時可以控制整體的應力腐蝕。優化表面系統的結構控制模式以使整體電阻效應更顯著。在低速應變率技術的應用中，應該進行整體化學腐蝕的相應聯合試驗。在適當的條件下，由于勢能負載的控制效果，可以控制電位變化以防止海洋工程鋼結構的焊縫腐蝕，并且可以集中多維設備的處理技術來進一步防止應力腐蝕。

第三，疲勞腐蝕：在疲勞腐蝕的整個環境中，需要控制電荷的腐蝕。在多維控制下，裝置的腐蝕效果逐漸變化，基于腐蝕介質的合金焊接接頭的上升和掉落也會變化。在腐蝕的變化中，鋁合金接頭可以提高氯化鈉溶液的腐蝕疲勞性能。由于介質濃度的變化，ph值逐漸降低，焊接接頭壽命曲線成為三角形。隨著應力水平的提高，焊接部設備腐蝕控制的效果更加明顯，機器抗疲勞腐蝕的影響也變強，最終介質的物性提高。因此，在環境處理中，使用不同的設備端部來控制焊接[2]。

3 焊縫區域的抗腐蝕措施

第一，采用熱處理工藝：焊接后金屬的熱膨脹和冷卻容易產生殘余應力和腐蝕應力，同時焊接部出現熱影響部、焊縫部以及熔合部，這些地方的電位差促進整體腐蝕。焊接后熱處理的使用，排除一定殘留應力的一部分，改善焊接后的結構差異。通過焊接后等恒定電位極化加速腐蝕試驗方法，研究了各種熱處理過程對槽腐蝕敏感性的影響。發現回火處理不能單獨降低腐蝕的敏感性，并且腐蝕感受性可以通過焊接后的質量調整和簡單的引入處理大大降低。即，焊接后的熱處理后的應力耐腐蝕性高。因此，適當的熱處理技術可以改善母材和焊接接頭的微觀結構和性質，并且可以減緩腐蝕的發生。然而，不同的材料需要在焊接后進行不同的熱處理。選擇適當的熱處理方法來優化焊接結構和特性，并獲得良好的保護效果。

第二，在焊縫中加入er元素：通過表2.1與表2.2可知，在不同er含量含量的材質中，隨著er含量的提高，焊接接頭的延展能力以及抗拉能力先上升后下降，但是在er含量更高時，下降的程度會變小。一般情況下，腐蝕電位越大，腐蝕電流密度越小，耐腐蝕性能越好。在焊縫中加入er元素，可明顯提高焊接接頭的力學性能。但是，在焊接企業中加入過多的er元素，焊接接頭的力學性能會下降。Al-5.5mg-1Zn焊絲焊縫中存在大量的T相沿晶分布。當焊縫受到腐蝕時，在T相正極上形成更多的微電池，導致腐蝕。，添加er焊絲的焊縫中，T相細化為點狀，分布在晶體中。焊縫的力學性能和耐蝕性明顯提高。但當er含量超過0.6%時，焊縫中er含量增加，焊接接頭的晶界會形成粗大T相，導致二次裂紋，降低接頭的力學性能和抗內應力腐蝕性能。

表1 不同焊絲對應焊接接頭拉伸能力

表2 不同焊縫的極化曲線

所以，在鋼結構中添加一些er元素可以提高焊縫的抗拉強度，進而提升焊縫的抗腐蝕性。

第三，采用超聲波沖擊技術：超聲波是一種頻率高于20kHz的機械振動，具有空氣、聲流等作用，它具有機械效應、熱效應和超聲損傷效應。基于超聲波的效應將高頻、高能量的超聲波引入金屬液中。超聲波顯著細化了材料的晶粒，改善了材料的內部結構和力學性能，改善了氣孔缺陷，提高焊接殘余應力和焊接區電位差，可以有效地降低焊接殘余應力和焊接區電位差。焊接時在背面施加超聲波沖擊，有效降低焊接殘余應力，緩解應力腐蝕趨勢采用超聲波沖擊處理方法，對焊接接頭進行全覆蓋強化，通過疲勞對比試驗，分析焊接接頭的疲勞性能。超聲沖擊有效地減輕了焊接接頭的疲勞腐蝕，對焊縫起到了保護作用，經超聲沖擊處理的焊縫具有很強的抗腐蝕能力。

第四，焊接腐蝕防護：在腐蝕保護方面，需要明確分類焊接過程，在屏蔽氣體的控制下精制焊接接頭。在這種結構應力的連續影響下，焊接缺陷可以緩和，焊接缺陷可以同時在前端消除，在系統層的保護中，需要觀察鋁板的整體焊接。整體曲線使用電弧焊接焊接13mm厚的鋁板，通過觀察和分析整個焊接曲線，在裝置水平的控制下，焊接接頭整體具有耐腐蝕性。在熱輸入的控制下，對于特性的變化，綜合提高焊接質量，綜合控制裝置，改進裝置的系統結構，最終調整焊接面積的氧化結構，綜合處理焊接接頭。特別是在機械的控制中，需要在設備級控制熱級管線。這樣，在將母材整體焊接時，需要將焊接工序與實際情況相結合，能夠明確控制焊縫的腐蝕。

第五，工業涂料以及陰極保護：防腐蝕涂料在業界廣泛使用。一些是有機涂層，例如環氧瀝青，這可以防止鋼結構與腐蝕介質接觸，并獲得防腐效果。也有為了以保護陰極的形式保護不銹鋼接頭，而使用鋅鋁等無機涂層的。用固定含量100%的噴霧等級乙烯涂層覆蓋了不銹鋼接頭。將機械混合的聚苯胺和納米二氧化硅以1:1的比例進行涂覆。結果發現，其抗酸性好，抗腐蝕性好。類似地，無機涂層具有保護陰極的功能，并且實際應用。制備鋅鋁涂層，并在堿性土壤溶液中進行腐蝕測試，測量三個涂層的極化曲線，發現鋁涂層的保護效果很好。結果表明，基于鍍鋅可以防止腐蝕。當選擇防腐蝕涂層時，根據實際情況，合理的涂層組合可以給涂層性能帶來完美的發揮。

4 結語

海洋工程是新時代提升國家綜合實力的一項重要工程，海洋中蘊藏著巨大的豐富能源。鋼結構在海洋工程中地應用非常廣泛，但是，就其性質而言，鋼結構的焊縫處極易發生腐蝕，導致結構的損壞。目前，國內外還沒有專門針對海洋工程鋼結構焊接縫隙腐蝕的防護方法。優化焊接工藝，控制焊接質量，采用不同的后處理方法，提高結構的均勻性，一般采用與結構其他部位相同的防腐層，保護靠近焊接間隙區域的表面或犧牲陽極。但由于焊接區陽極數量的限制和表面預處理的影響，該區域的涂層會過早失效。焊接區的鋼材會加速腐蝕，焊接結構的耐蝕性決定了整個鋼結構的使用壽命，因此，有必要對焊接區域進行特殊的表面防護處理，以保證鋼結構的安全。