水下焊接件焊缝腐蚀的电化学研究

摘要

随着对海洋资源的开发与利用，水下焊接技术已经成为海洋工程结构安装和维修必不可少的工艺手段。焊缝腐蚀的规律和使用寿命是水下焊接实施前要考虑的十分重要问题。国内外对焊缝腐蚀行为的研究主要集中在陆上焊接，对水下焊接接头在海水中的腐蚀规律研究较少。对陆上焊接接头的研究发现焊缝是腐蚀敏感区。由于水下焊接操作工艺和陆上焊接有很大不同，所以研究水下焊接接头的腐蚀行为对实际生产具有十分重要的意义。
　　本文以TS202作为焊材、E40钢作为母材的水下焊接件做成阵列电极（WBE）为研究对象，主要的研究内容如下：
　　(1)以水下焊接件中的母材、热影响区、焊材电极为研究对象，通过测量三者的极化曲线研究焊接件上不同材料之间发生电偶腐蚀的倾向。
　　研究表明：母材和热影响区不会形成大电池的电偶腐蚀，而母材与焊材、热影响区和焊材会形成大电池的电偶腐蚀，预测焊接件腐蚀速度母材>热影响区>焊材。
　　(2)采用本实验室自主构建的阵列电极装置HSWBE I测量浸泡在海水中的焊接件的电流分布随时间的变化情况。研究焊接件在海水中的电流电位分布特征与焊接件腐蚀过程的相关性。
　　实验结果表明，水下焊接件在海水中浸泡的电流分布变化分为三个阶段：浸泡初期，母材区电极表现为阳极电流，焊材区电极表现为阴极电流，热影响区电极既有阳极电流又有阴极电流。浸泡中期，母材区和热影响区中的都有个别电极的电流极性发生逆转。电流极性既有阳极转换为阴极，也有阴极转变为阳极。浸泡后期，母材区电极全部表现为大的阳极电流，热影响区和焊材区电极表现为较大的阴极电流。研究结果还发现，使用此种焊材时，焊缝不是腐蚀敏感区域，腐蚀主要发生在母材表面。由于阳极面积大而阴极面积小，所以使用此种材料水下焊接时，在焊接接头位置发生严重局部腐蚀的可能性较小。
　　研究结果证明，阵列电极技术能够提供焊接件上不同位置的电流分布状态，原位监测金属表面阴阳极区域腐蚀状态的分布。可以对多种金属材料的电偶腐蚀行为进行研究，弥补了经典电化学测试方法的不足。
　　(3)为研究电极电流极性反转的原因，以焊接件中的母材、热影响区、焊材电极为研究对象，测量电化学阻抗谱和线性极化曲线，分析实验结果与阵列电极电流分布特征及腐蚀行为的相关性。
　　研究热影响区54＃电极和母材区58＃电极的电化学阻抗谱得出，在浸泡过程中，热影响区和母材区电极的电荷转移电阻Rct先增大，后减小，最后变化缓慢，这说明金属的腐蚀速度先减小后增大，最后变化缓慢。原因是与基体金属紧密结合的锈层参与阴极还原反应，使阴极反应机理在浸泡过程中发生了改变。热影响区和母材区电极电流极性发生逆转原因是金属腐蚀过程中宏观腐蚀电池和微观腐蚀电池相互作用的结果。在本实验中这种相互作用与锈层的变化有关。
　　通过线性极化曲线得出，母材和热影响区电极的极化电阻Rp先增大后减小，最后变化缓慢，这说明相应的金属腐蚀速度先减小后增大，最后变化缓慢，这与电化学阻抗谱中得出的结论一致。由于极化电阻值与金属电流成反比，所以在电极浸泡后期，母材区电极作为阳极电流比较大，焊材区和热影响区电极都作为阴极，焊材区电极电流大于热影响区。实验结果表明水下焊接 TS202（焊材）和E40钢（母材）得到的焊接件上，焊缝不是腐蚀敏感区域，腐蚀主要发生在母材表面。
　　实验结果证明，阵列电极技术结合电化学方法，可以对焊接件上任意局部位置进行电化学测试，提供焊接件表面局部位置的腐蚀反应信息。

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0前言

1综述

1.1水下焊接

1.2焊缝腐蚀

1.3焊缝腐蚀的研究方法

1.4课题研究意义及内容

2实验材料与装置

2.1化学试剂

2.2阵列电极的制备

2.3腐蚀产物的清除

2.4电化学测试

3实验结果与讨论

3.1水下焊接件在海水中的极化曲线行为

3.2水下焊接件电流分布特征

3.3电极表面电流极性反转与电化学阻抗的相关性

3.4水下焊接件在海水中的线性极化行为

4结论

5实验创新处

6工作展望

参考文献

致谢

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