低合金钢焊接接头在海水中的腐蚀行为研究

摘要

低合金钢用于制造船舶时，经焊接加工的部位往往面临着严重的腐蚀问题。焊条电弧焊、埋弧焊和气体保护焊为制造船舶时的主要焊接方法。为了探明这三种不同焊接方法制得的低合金钢焊接接头在海洋环境中的实际使用性能，本文研究了焊条电弧焊、埋弧焊和气体保护焊三种焊接接头的微观组织、耐海水腐蚀性能及其对应力腐蚀的敏感性，重点考察了应力腐蚀过程中的开路电位的变化与电化学噪声特征。为低合金钢焊接件在海洋环境中的应用提供了理论支持和数据参考。
　　采用金相显微镜、扫描电镜、电化学测试和慢应变速率试验等测试方法，研究了三种不同焊接方法制得的焊接接头不同区域的组织特征及其在海水中腐蚀行为的差异。通过微观组织观察，发现母材的微观组织为回火索氏体和少量针状铁素体。而三种不同焊接方法制得的焊缝金属组织为针状铁素体和粒状贝氏体，晶粒细小，且分布均匀；热影响区的组织主要有粒状贝氏体、回火索氏体和针状铁素体，晶粒大小不一，且分布不均匀。电化学阻抗谱和极化曲线测试结果表明三种焊接接头在海水中的耐蚀性有所不同，埋弧焊接头的腐蚀电流密度最大（0.04mA/cm2），耐蚀性最差，而气体保护焊接头的腐蚀电流密度最小（0.025mA/cm2）,耐蚀性最好。相同焊接接头的不同区域的腐蚀测试表明母材的耐蚀性最差，焊缝的耐蚀性最好。
　　采用电偶腐蚀试验来表征焊接接头各区域之间的接触腐蚀行为。在电偶腐蚀试验过程中，电偶电流基本在0μA/cm2附近波动，电偶电流出现多次的阴阳极反转，表明腐蚀过程中阳极表面快速形成氧化膜，阻碍腐蚀，阳极转变成阴极，焊接接头各区域之间的耐蚀性相差较小，表明接头具有较低的电偶腐蚀倾向。
　　采用慢应变速率试验研究了焊条电弧焊、埋弧焊和气体保护焊三种焊接接头在海水中的应力腐蚀敏感性，结果发现三者在海水中的应力腐蚀敏感性均较低，海水的腐蚀对试样应力腐蚀开裂的贡献较小；但焊接方法对接头的断裂的位置有影响，焊条电弧焊和气体保护焊焊接接头的断裂位置为母材区，埋弧焊接头的断裂发生在热影响区。
　　开路电位随时间的变化曲线可用于表征慢应变速率条件下低合金钢焊接接头在海水中应力腐蚀开裂过程的典型变化特征。低合金钢焊接接头在应力腐蚀过程中的屈服和断裂均可在开路电位-时间曲线上找到对应反应信号，但很难根据开路电位变化来准确判断应力腐蚀的过程。
　　采用零阻电流计（ZRA）模式电化学噪声（EN）方法研究了低合金钢焊接接头在慢应变速率下的应力腐蚀过程，运用时域和频域分析，得到了应力腐蚀过程的电位和电流噪声特征，探索了噪声电阻（Rn）在应力腐蚀过程中的变化，得出了判断应力腐蚀裂纹萌生与扩展的依据。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 低合金钢焊接接头的腐蚀类型

1.2.1电偶腐蚀

1.2.2 应力腐蚀

1.2.3 氢致开裂

1.2.4 腐蚀疲劳

1.3 焊接工艺对腐蚀的影响

1.3.1 焊后热处理的影响

1.3.2 焊接热输入的影响

1.4 焊接接头的腐蚀研究方法

1.4.1 表面分析及形貌观察方法

1.4.2 传统电化学方法

1.4.3 微区电化学方法

1.5 选题意义及本文主要研究内容

1.5.1 本课题研究意义

1.5.2 本课题研究的主要内容

第二章 低合金钢焊接接头在海水中的腐蚀行为

2.1 引言

2.2 试验方法

2.2.1 试验材料及化学成分

2.2.2 微观组织

2.2.3 电化学测试

2.3 结果与讨论

2.3.1低合金钢焊接接头的微观组织

2.3.2低合金钢焊接接头在海水中的电化学特征

2.3.3 接头耐蚀性能分析

2.4 本章小结

第三章 低合金钢焊接接头在海水中的应力腐蚀敏感性

3.1 引言

3.2 试验方法

3.2.1 试验材料及试样制备

3.2.2 腐蚀槽设计

3.2.3 慢拉伸试验

3.2.4 断口形貌和断裂位置观察

3.3 结果与讨论

3.3.1 低合金钢焊接件的应力腐蚀敏感性

3.3.2 应力腐蚀结果分析

3.3.3 断口形貌分析

3.3.4 断裂位置

3.4 本章小结

第四章 低合金钢焊接接头慢拉伸过程中的电化学特征

4.1 引言

4.2 试验方法

4.2.1 试验材料及试样制备

4.2.2 电位监测

4.2.3 电化学噪声监测

4.2.4 电化学噪声数据解析

4.3 结果与讨论

4.3.1 开路电位检测低合金钢焊接接头应力腐蚀

4.3.2 低合金钢焊接接头应力腐蚀过程的电化学噪声检测

4.4 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间取得的科研成果