焊接残余应力影响316不锈钢腐蚀的局部电化学研究

摘要

316不锈钢以其高耐热和耐蚀性的特点，广泛应用于石油化工、交通运输、建筑及国防安全等领域。作为不锈钢加工方式的一种，焊接是使316不锈钢接合的主要方法之一。316不锈钢在进行焊接后，会在不锈钢内部产生分布不均匀的残余应力，该残余应力会使不锈钢在电解质溶液中发生腐蚀，严重威胁人们的生命财产安全。因此，探究由焊接产生的残余应力与316不锈钢腐蚀性能之间的关系具有重要意义。
　　本论文以氩弧焊作为焊接方法对316不锈钢进行焊接，使316不锈钢产生焊接残余应力，用盲孔法对不锈钢进行残余应力测试。将传统电化学测试方法和局部电化学测试方法相结合，分别研究了焊接残余应力对不锈钢腐蚀行为的影响，提供了一种预测焊接试样发生腐蚀的表征方法。
　　本论文的主要工作如下:
　　1、焊接残余应力的产生和测试
　　(1)采用氩弧焊焊接方法对316不锈钢进行对接，使不锈钢产生焊接残余应力，线切割得到多种316不锈钢电极。
　　(2)根据盲孔法原理，测量、计算出焊接316不锈钢上特定的三个区域的残余应力的大小，分析了每个区域残余应力产生的原因。
　　2、焊接316不锈钢的传统电化学研究
　　在不同浓度的NaCl溶液中，对316不锈钢热影响区和母材区进行了腐蚀电位-时间、动电位极化测试。探讨了Cl-离子浓度对316不锈钢腐蚀电化学性能的影响，其中包括开路电位和腐蚀电流、腐蚀电位，并比较了同种电解质浓度下热影响区和母材区316不锈钢电极的腐蚀行为。
　　3、焊接316不锈钢腐蚀特征的微区、局部电化学研究
　　(1)采用循环伏安方法对Pt探针的性能进行了检测。然后根据极限扩散电流平台区域对应的电位范围，确定了逼近曲线和面扫描测试时施加在探针上的电位。
　　(2)基于极限扩散电流与Fe2+离子浓度成正比的关系，通过316不锈钢在0.5 M NaCl溶液中的SECM探针逼近曲线，计算得到了316不锈钢溶解产物Fe2+离子的浓度，结果表明316不锈钢具有很强的耐蚀性。
　　(3)在NaCl溶液中，SECM以基底产生-探针收集为工作模式，获得了不同焊接残余应力区域上方的探针电流三维图像。在不同浓度的溶液中及不同极化电位下，分别研究了焊接残余应力对局部腐蚀的影响。
　　(4)在含有氧化还原中介体Fe(CN)63-的NaCl溶液中，表征了焊接316不锈钢因残余应力分布不均导致的局部腐蚀的差异性。研究并分析了Cl-离子浓度和焊接残余应力对腐蚀敏感性的影响。

目录

声明

摘要

缩写与符号说明

第一章 绪论

1．1 腐蚀概论

1．2 焊接概述

1．2．1 焊接方法简介

1．2．1 焊接区域及特征

1．3 焊接残余应力综述

1．3．1 残余应力

1．3．2 焊接残余应力

1．3．3 残余应力的测量

1．3．4 焊接残余应力影响金属腐蚀的研究

1．4 金属腐蚀机理与动力学的局部电化学研究

1．4．1 局部电化学测量技术

1．4．2 扫描电化学显微镜(SECM)的原理及应用

1．4．3 SECM在金属腐蚀研究中的应用

1．5 课题研究目的、意义及思路

1．5．1 研究目的及意义

1．5．2 研究思路

第二章 实验材料与设备

2．1 不锈钢的焊接及电极的制备

2．1．1 316不锈钢的焊接

2．1．2 焊接316不锈钢电极的制备

2．2 溶液及电解池

2．2．1 溶液

2．1．2 电解池

2．3 实验设备及方法

2．3．1 传统电化学测试

2．3．2 局部电化学测试

2．3．3 盲孔法应力检测仪

第三章 焊接不锈钢残余应力的测试

3．1 盲孔法测定残余应力的原理

3．1 焊接残余应力的测定

3．3 焊接残余应力的分析

3．4 本章小结

第四章 焊接不锈钢的腐蚀电化学性能研究

4．1 母材区不锈钢在中性介质中腐蚀特性的研究

4．1．1 母材区不锈钢在Nacl溶液中的开路电位-时间曲线

4．1．2 母材区不锈钢在Nacl溶液中的动电位极化曲线分析

4．2 焊接热影响区不锈钢在中性介质中的腐蚀特性研究

4．2．1 热影响区不锈钢在Nacl溶液中的开路电位-时间曲线

4．2．2 热影响区不锈钢在Nacl溶液中的动电位极化曲线分析

4．3 不锈钢的钝化

4．4 本章小结

第五章 焊接残余应力影响金属局部腐蚀的SECM研究

5．1 探针性能的检测

5．1．1 Pt微探针性能的检测

5．1．2 316不锈钢在NaCl溶液中腐蚀产物浓度分析

5．2 焊接残余应力影响不锈钢腐蚀的SG／TC模式SECM研究

5．2．1 Cl-离子浓度对不锈钢腐蚀性能的影响

5．2．2 基底极化电位对不锈钢腐蚀性能的影响

5．3 焊接残余应力影响不锈钢腐蚀的电流反馈模式SECM研究

5．4 本章小结

总结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文