奥氏体不锈钢焊接接头腐蚀行为研究应用.doc

目 录第一章 绪论11.1选题背景及意义11.2奥氏体不锈钢应用及特点21.3奥氏体不锈钢腐蚀性能41.3.1奥氏体不锈钢焊接接头耐蚀性41.3.2奥氏体不锈钢焊接接头点蚀71.4奥氏体不锈钢焊接性101.4.1奥氏体不锈钢焊物理性能101.4.2焊接工艺要点101.4.3 TIG焊简介111.5极化曲线121.5.1概念121.5.2极化现象131.5.3极化因素141.6本文研究重要内容15第二章 实验办法、条件及原理162.1焊接办法、材料及规范162.1.1焊接材料162.1.2焊接办法选取162.1.3焊缝接头形式162.1.4焊接工艺参数选用172.2 金相组织观测实验172.2.1实验药物与设备172.2.2实验试样制备及观测182.3 显微硬度测试182.3.1显微硬度测量原理182.3.2实验药物与设备192.3.3实验试样制备192.3.4显微硬度实验过程192.4焊接接头点腐蚀实验202.4.1点腐蚀机理202.4.2实验药物与设备212.4.3实验试样制备212.4.4实验过程212.5 极化曲线与电化学腐蚀测试212.5.1 极化曲线实验原理212.5.2电化学腐蚀原理232.5.3实验药物与设备232.5.4实验试样制备232.5.5 实验过程242.6 X-射线测试242.6.1 x-ray简介242.6.2 X-射线衍射办法252.6.3实验药物与设备262.6.4实验试样制备26第三章 实验成果与分析273.1 金相实验273.1.1金相组织观测273.1.2焊缝及HAZ组织特性分析293.2硬度实验303.2.1硬度曲线303.2.2数据分析323.3点腐蚀实验333.3.1实验成果333.3.2成果分析343.3.3防止点蚀办法353.4极化实验353.4.1实验数据353.4.2曲线分析383.5 X-射线实验383.5.1实验成果383.5.2成果分析41第四章 结论42致 谢43参照文献44第一章 绪 论1.1选题背景及意义 不锈钢自19创造以来，获得迅猛发展。至今全球仍以每年3%5%速度递增。国内正处在不锈钢生产和高速增长期，国内不锈钢使用量已跃居世界第一1。不锈钢焊接也会经常遇到。不锈钢是耐蚀和耐热高合金钢统称。不锈钢普通具有Cr、Ni、Mn、Mo等元素，具备良好耐腐蚀性、耐热性和较好力学性能，适于制造规定耐腐蚀、抗氧化、耐高温和超低温零部件和设备，应用十分广泛，其焊接具备特殊性。奥氏体不锈钢是不锈钢中最重要钢种，生产量和使用量约占不锈钢总产量及用量70%1。该类钢是一种十分优良材料，有极好抗腐蚀性和生物相容性，因而在化学工业、船舶、食品、生物医学、石油化工等领域得到了广泛应用。长春轨道客车公司配件厂生产材质为0Cr18Ni9壁厚为2.0mm贮水箱，应用在铁路客车上，在设计使用寿命内（设计使用寿命为七年）经常发生渗漏，经由现场解决发现，渗漏点大某些为水箱防波板焊接处，小某些为供水管路渗漏，与水箱自身无关。渗漏点形貌均为圆形小孔（如图1-1），且周边失去钝化膜，已看到凹突不平金属颗粒，由此推断为腐蚀所致，形式为点蚀，在其附近尚有许多细微裂纹存在（如图1-2）。通过研究发现，在水箱生产过程中，由于飞溅和不对的焊接参数（重要是电流），不锈钢箱体表层钝化膜被破坏同步焊接接头区形成贫铬层，同步由于水箱介质为自来水因而具有大量氯离子，贫铬层区域在氯离子及应力作用下，便会引起腐蚀和开裂。渗漏点重要集中在水箱防波板和箱体焊接处。渗漏点形貌为贯穿板厚圆形小孔,用立式显微镜放大至20倍观测,发现小孔周边已失去了钝化膜,其边沿和内表面凸凹不平,十分粗糙。此外,在水箱防波板和箱体焊接处附近还发现多处裂纹。实验就0Cr18Ni9 不锈钢列车贮水箱点蚀与开裂问题展开研究与分析。测试两种焊接接头形式及三种不同焊接参数（不同电流）对不锈钢接头腐蚀性能影响。图1-1水箱点蚀形貌 图1-2水箱裂纹形貌铁路客车上水箱是典型薄壁箱型构造，其壳体承受内压载荷能力很弱。由于在客车运营过程中产生了内压载荷作用，无加强筋薄壁箱型壳体将产生很大变形。因而，水箱内设立主拉筋以承担来自壳体水平方向压力载荷，防止壳体过大横向变形。不锈钢水箱加强侧拉筋与模压板各折边采用氩弧焊连接。在水箱受载时，由于壳体与各侧拉筋变形不协调，使得各侧拉筋既受到拉伸载荷，又受到弯曲载荷作用。使得侧拉筋焊接接头成为水箱一种薄弱之处。并且在加强筋焊接接头易产生腐蚀，如图1-3所示。图1-3发生电化腐蚀连接本文通过在具有氯离子和铁离子腐蚀溶液中对几种不同焊接线能量试样进行点腐蚀实验，最后得出结论，焊接线能量太小或太大都不利于抗点腐蚀。本文研究对延长薄板不锈钢水箱使用寿命具备重要意义。1.2奥氏体不锈钢应用及特点不锈钢是在普通碳钢基本上，加入一组铬质量分数（WCr）不不大于12%合金元素钢材，它在空气作用下能保持金属光泽，也就是具备不生锈特性。这由于在此类钢中具有一定量铬合金元素，能使钢材表面形成一层不溶解于某介质结实氧化薄膜（钝化膜），使金属与外界介质隔离而不发生化学作用。 惯用奥氏体型不锈钢依照其重要合金元素Cr和Ni含量不同可分为如下三种1：18-8型奥氏体不锈钢，重要钢号有1Cr18Ni9和0Cr18Ni9；18-12Mo型奥氏体不锈钢，此类钢钢号有0Cr17Ni12Mo2、0Cr18Ni12Mo2Ti等；25-20型奥氏体不锈钢，牌号有0Cr25Ni20等。 奥氏体不锈钢中最有代表性是18Cr-8Ni，它是不锈钢中用量最多，使用范畴最广先进耐腐蚀材料，在大气、淡水、中性盐、有机酸、氧化能力很强硝酸以及碱性环境中具备很强耐腐蚀性，不但如此，并且也具备在高温下抗氧化长处，因此合用性很强。但是奥氏体不锈钢焊接时由于热影响部位容易产生铬碳化合物晶界析浮现象，这样在晶界附近铬含量就减少了，也就减少了耐腐蚀性能，在焊接部位周边易产生晶界腐蚀裂纹。由于奥氏体不锈钢其表面可以形成一层钝化膜，因而具备良好耐腐蚀性能，同步它又具备较好低温韧性等力学性能，因而被广泛用于石油、化工、能源、海洋及各种车辆加工制造上。特别是在轨道车辆上运用，不锈钢车辆有相称大长处：不锈钢对能量吸取优于铝或碳钢；有高屈服强度；高加工硬化率；高延展性。同步，不锈钢重量比碳钢轻20%可减少车体重量；且与碳钢相比更耐腐蚀。因而当前不锈钢被越来越多用在了汽车火车制造上，增长了车辆使用寿命，进而减少了车辆运营成本。 但是在车辆加工制造过程中需要进行焊接，不锈钢焊接接头区常发生晶间腐蚀、刀口腐蚀、点蚀、应力腐蚀等腐蚀现象2。因而不锈钢焊接性问题是十分重要。1940年，Hodge和Miller一方面提出了不锈钢腐蚀与氯化物关于3。随着工业上大量使用及不锈钢品种增长、产量增长和使用范畴扩大，腐蚀断裂事故不断发生4，不锈钢，特别是大量使用Cr-Ni奥氏体不锈钢应力腐蚀断裂问题才成为许多部门重要问题。文献6最早总结了化工、石油、动力等工业部门中Cr-Ni奥氏体不锈钢腐蚀破坏实例。当前，不锈钢，特别是Cr-Ni奥氏体不锈钢腐蚀问题成了不锈钢领域中最重要而又急待解决实际工程问题5，例如长春轨道客车厂热水箱箱体设备因腐蚀开裂而导致漏水问题，仅此项事例就引起高达数百万元经济损失。为理解决奥氏体不锈钢焊后产生缺陷，在18-8基本上有了如下几方面重要发展。（1）加Mo改进了钢点蚀和耐缝隙腐蚀性；（2）减少碳含量或加Ti或Nb、Ta稳定化元素，减小焊接材料晶间腐蚀倾向；（3）加Ni和Cr改进高温抗氧化性和强度；（4）加Ni改进了抗应力腐蚀性能；（5）加S、Se改进了切削性和构件表面精度。由于奥氏体不锈钢具备全面、良好综合性能，在工业上获得了越来越广泛应用。1.3奥氏体不锈钢腐蚀性能1.3.1奥氏体不锈钢焊接接头耐蚀性（1）晶间腐蚀18-8钢焊接接头有三个部位能浮现晶间腐蚀现象，在同一种接头并不能同步看到这三种晶间腐蚀浮现，这取决与钢和焊缝成分9。浮现敏化区腐蚀就不会有熔合区腐蚀。焊缝区腐蚀重要取决于焊接材料。在正常状况下，当代技术水平可以保证焊缝区不会产生晶间腐蚀。晶间腐蚀形貌如图1-4、1-5。图1-4焊接件晶间腐蚀 图1-5晶间腐蚀微观示意图焊缝区晶间腐蚀：依照贫铬理论，为防止焊缝发生晶间腐蚀：一是通过焊接材料，使焊缝金属或者成为超低碳状况，或者具有足够稳定化元素Nb，普通但愿Nb8WC或Nb1%；二是调节焊缝成分获得一定数量铁素体相10。如果母材不是超低碳不锈钢，采用超低碳焊接材料未必可靠，由于熔合比作用会使母材向焊缝增碳。焊缝中相有利作用如下：可打乱单一奥氏体相柱状晶方向不至于形成持续贫铬层。相富Cr，有良好共Cr条件，可减少奥氏体晶粒形成贫Cr层。因而，常但愿焊缝中存在4%12%铁素体相。过量铁素体存在，多层焊时易促使形成相，且不利于高温工作。在尿素之类介质中工作不锈钢，如含Mo18-8钢，焊缝最佳不含相，否则易产生相选取腐蚀。为了获得相，焊缝成分必然不会与母材完全相似，普通须恰当提高铁素体化元素含量，或者说提高Creq/Nieq值。Creq称为铬当量，为把每一铁素体化元素，按其铁素体化强烈限度折合成相称若干铬元素后总和。已知Creq及Nieq即可拟定焊缝金属室温组织。如图1-6是应用最广焊缝组织图。图1-6不锈钢舍夫勒组织图热影响区敏化区晶间腐蚀：所谓热影响区（HAZ）敏化区晶间腐蚀是指焊接热影响区中加热峰值温度处在敏化加热区间部位（故称敏化区）所发生晶间腐蚀11。显然只有18-8钢才有敏化区存在，含Ti和Nb18-8Ti或18-8Nb，以及超低碳18-8钢不易有敏化区浮现。对于WC=0.5%和0Cr18Ni9不锈钢来说，Cr23C6析出温度为600850,TiC则高达1100。可见，如果冷却速度快，铬碳化物就不会析出。为防止18-8钢敏化区腐蚀，在焊接工艺上应采用小热输入、迅速焊接过程，以减少处在敏化加热时间。 刀状腐蚀：在熔合区产生晶间腐蚀，有如刀削切口形式，故称为“刀状腐蚀”，简称刀蚀，腐蚀区宽度初期不超过35个晶粒，逐渐扩展到1.01.5mm。刀状腐蚀只发生在含Nb或Ti18-8Ti和18-8Nb钢熔合区，其实指也是与M23C6沉淀而形成贫Cr层关于。以18-8Ti为例焊前为10501150水淬固溶解决态，M23C6所有固溶，TiC则呈现沉淀游离态。通过焊接后，在焊态下熔合区，由于经历了1200以上高温过热作用，发生变化是TiC将大某些固溶，峰值温度越高，TiC固溶量越大，TiC溶解时分离出来碳原子插入到奥氏体点阵间隙中，Ti则占据奥氏体点阵节点空缺位置。冷却时活泼碳原子越向奥氏体周边运动，Ti来不急扩散而保存在原地，因而碳将析集于晶界附近而成为过饱和状态，这已为示踪原子C14自射线照相所证明。这种状态如在经450850中温敏化加热，将发生M23C6沉淀，与之相相应地形成了晶界贫Cr区。越接近熔合区，贫Cr越严重，因而可形成“刀状腐蚀”。显然，高温过程和中温敏化相继作用，是刀口腐蚀必要条件，但不含Ti或Nb18-8钢不应有刀状腐蚀发生。超低碳不锈钢不但不发生敏化区腐蚀，也不会有刀状腐蚀。18-8Ti和18-8Nb钢，最佳控制Wc0.06%。焊接时尽量减少过热，如尽量避免交叉焊缝和采用小热输入。面向腐蚀介质一面无法放在最后施焊时应调节焊缝尺寸和焊接参数，使令一面焊缝焊接时所产生实际敏化加热热影响区不落在第一面表面过热区上。此外，稀土元素如La、Ce可加速碳化物在晶内沉淀，可有效地防止刀状腐蚀。（2）应力开裂腐蚀（SCC）腐蚀介质影响：应力腐蚀最大特点之一是腐蚀介质与材料组合上选取性，在此特定组合之外不会产生应力腐蚀。如在Cl-环境中，18-8不锈钢应力腐蚀不但与溶液中Cl-离子关于，并且还与溶液中氧含量关于。Cl-离子浓度很高、氧含量较少或Cl-离子浓度较低、氧含量较高时，均不会引起应力腐蚀。焊接应力作用：应力腐蚀开裂是应力和腐蚀介质共同作用成果12。应力腐蚀开裂形貌如图1-7。由于低热导率及高膨胀系数，不锈钢焊后经常产生较大残存应力。应力腐蚀开裂拉应力中，来源于焊接残存应力超过30%，焊接拉应力越大，越易发生应力腐蚀开裂。在含氯化物介质中，引起奥氏体钢SCC临界拉应力th，接近奥氏体钢屈服点s,即th约等s。在高温高压水中，引起奥氏体钢SCCth远不大于s。而在H2SxO6介质中，由于晶间腐蚀领先，应力则起到了加速作用，此时可以为th约等0。为了防止应力开裂腐蚀，从主线上看，退火消除残存应力最为重要。残存应力消除限度与“回火参数”LMP关于，即 LMP=T(Lgt+20)10-3式中 T加热温度（K）； t保温时间（h），LMP越大，残存应力消除限度越大。如18-8Nb钢管，外径为125mm，壁厚为25mm，焊态时焊接残存应力R=120MPa。消除应力退火后，LMP18时才开始使R减少，当LMP23时，R0。应指出为消除应力加热温度T作用效果远不不大于加热保温时间t作用。图1-7应力腐蚀开裂形貌合金元素作用：应力腐蚀开裂大多发生在合金中，在晶界上合金元素偏析引起合金晶间开裂腐蚀是应力腐蚀开裂重要因素之一。对于焊缝金属，选取焊接材料具备重要意义。从组织上看焊缝中具有一定量相有助于提高氯化物介质中耐SCC性能，但却不利于HEC型SCC，因而在高温水或高压加氢条件下工作就也许有问题。在氯化物介质中，提高Ni可提高抗应力腐蚀能力。Si能使氧化膜致密，因而是有利；加Mo则会减少Si作用。但是如果SCC根源是点蚀坑，则因Mo而有助于防止点蚀，则会提高耐SCC性能。超低碳有助于提高抗应力腐蚀开裂性能。综上所述，引起应力开裂腐蚀开裂须具备三个条件：一方面是金属在该环境中具备应力腐蚀开裂倾向；另一方面是由这种材质构成构造接触或处在选取性腐蚀介质中；最后具备高于一定水平拉应力。1.3.2奥氏体不锈钢焊接接头点蚀点腐蚀简称点蚀，又叫做小孔腐蚀或孔蚀，是一种腐蚀集中于金属表面很小范畴内，并进一步到金属内部蚀孔状腐蚀形态，普通是直径小而深，蚀孔最大深度和金属平均腐蚀深度比值，称为点蚀系数。点蚀系数越大表达点蚀越严重。不锈钢点蚀是在特定腐蚀介质中发生。普通发生在具有卤素阴离子溶液中,其中以氯化物、溴化物侵蚀性最强,是不锈钢常用局部腐蚀之一13。点腐蚀是一种破坏性和隐患较大腐蚀形态之一，是化工生产及海洋事业中经常遇到问题4。奥氏体钢焊接接头有点蚀倾向14，其实即耐点蚀性优秀双相钢有时也会有点蚀产生。但含Mo钢耐点蚀性能比不含Mo要好，如18-8Mo就比18-8耐点蚀性能好。现已几乎将点蚀视为首要问题，由于点蚀更难控制，并常成为应力腐蚀裂源。点蚀指数PI越小钢，点蚀倾向越大。最容易产生点蚀部位是焊缝中不完全混合区，其化学成分与母材相似，但却经历了溶化和凝固过程，应属焊缝一某些。焊接材料选取不当时焊缝中心部位也会有点蚀产生，其重要因素应归结为耐点蚀成分Cr和Mo偏析。例如，奥氏体钢Cr22Ni25Mi中WMo=2%5%，在钨极氩弧焊（TIG）时，枝晶晶界Mo量与其晶轴Mo量之比（即偏析度）达1.6，Cr偏析度达1.25。因而晶轴负偏析部位易于产生点蚀易形成点蚀，甚至填送同质焊丝时也是如此，仍不如母材。 为提高耐点蚀性能，一方面须减少Cr、Mo偏析；一方面采用较母材更高Cr、Mo含量所谓“超合金化”焊接材料。提高Ni含量，晶轴中Cr、Mo负偏析明显减少，因而采用高Ni焊丝应当有利。常采用所谓“临界点蚀温度”CPT来评价耐点蚀性能。能引起点蚀最低加热温度，称为CPT。由此可以得到结论14：1）为提高耐腐蚀性能不能进行自熔焊接。2）焊接材料与母材必要“超合金化”匹配。3）必要考虑母材稀释作用，以保证足够合金含量。4）提高Ni量有助于减少微观偏析，必要时可考虑采用Ni基合金焊丝。点蚀形貌是各种各样，如图1-8所示，随材料与腐蚀介质不同而不同，它有半球形、平壁形、不定形、开口形、闭口形等。当前尚不清晰必要满足那些条件，才干形成某种形状小孔。但从实验和现场失效实物材料分析点腐蚀坑剖面形貌，图1-8所示形状几乎都存在。 图1-8 各种点腐蚀形貌（a）窄深 （b）椭圆形 （c）宽浅 （d）在表面下面（e）底切形 （f）水平形 （g）垂直形 点蚀形成因素诸多，影响点蚀因素也诸多，如下简介影响点蚀重要因素：（一）环境因素15 这里是指材料所处介质特性，它对点蚀形成有重要影响。（1）介质类型：某些材料在特定介质中易发生点蚀，如不锈钢易在含卤族元素阴离子Cl-、Br-、I-中发生，而铜则对SO42-更敏感。当溶液中具备FeCl3、CuCl2为代表二价以上重金属氯化物时，由于金属离子强烈还原作用，将大大增进点蚀形成和发展。因此实验室惯用FeCl3溶液作为腐蚀实验介质。（2）介质浓度：以卤族离子为例。普通以为，只有当卤族离子达到一定浓度时才发生点蚀。可以把产生点蚀最小浓度作为评估点蚀趋势一种参量。不锈钢点蚀电位与卤族离子浓度关系可用下式表达： Ex-= a+blgCx-式子中，Ex-为点蚀电位；Cx-为阴离子浓度；a、b值随钢种及卤族离子种类而定。 对18-8不锈钢 ECl-=0.115lgCCl-+0.247 EBr-=0.126lgCBr-+0.294 从上式可见Cl-对点蚀电位影响最大。（3）介质中其她离子阴离子作用：介质中如存在OH-、SO42-等阴离子，对不锈钢点蚀起缓蚀作用，效果随下列顺序而递减OH-NO-3AC-SO42-ClO- 4。相应于一定Cl-活度溶液，使不锈钢不产生点蚀最低阴离子浓度有如下经验关系： LgCl-=1.62lgOH-+1.84 LgCl-=1.88 lgNO-3+1.18 LgCl-= 1.13lgAC-+0.06 LgCl-=0.85lgSO42-+0.06 LgCl-=0.83lgCrO-4+0.05（4）介质流速影响：普通流速增大，点蚀倾向减少，对不锈钢而言，有利减少点蚀流速为1m/s左右；若流速过大，则将发生冲刷腐蚀。（二）冶金因素16 这里重要讨论合金元素作用。几种金属与合金在氯化物介质中耐点蚀性能如表1-2所示。在250.1 N (5.85g/L)NaCl溶液中，对点蚀最不稳定是铝，最稳定是铬和钛。钛点蚀仅发生在高浓度沸腾氯化物中（如42%MgCl2,61%CaCl2,96%ZnCl2）以及非水溶液中。如加有少量水含溴甲醇溶液中，增长水浓度，钛就转变到稳定多钝化状态。表中铁、镍、锆处在中间位置，18-8不锈钢Eb接近于镍。表1-2 在浓度为5.85g/LNaCl溶液中各种金属点蚀电位金属Eh/V(SHE)金属Eb/V(SHE)Al-0.45Zr0.46Fe-0.23Cr1Ni0.28Ti1.218-8不锈钢0.26不锈钢中加入适量V、Si、稀土对提高耐点蚀性能也稍有作用。从合金材料组织构造来看，提高其均匀性可增强其抗点蚀能力，如果钢中含硫量增长，硫化物夹杂增多，以及碳含量增多和不恰当热解决，均易产生晶界析出，这都会增长点蚀来源位置，增进点蚀形核。反之，减少钢中S、P、C等杂质元素，则减少点蚀敏感性。奥氏体不锈钢焊接接头除了会产生以上腐蚀之外，还会在焊缝及近焊缝区产生热裂纹，HAZ近焊缝区热裂纹大都是液化裂纹；并且尚有析浮现象及低温脆化等缺陷。 1.4奥氏体不锈钢焊接性1.4.1奥氏体不锈钢焊物理性能有表1-1不锈钢和低碳钢物理性能比较中，可以看出：奥氏体不锈钢热导率约为低碳钢1/3；奥氏体不锈钢具备较高电阻率，约为碳钢5倍；其线膨胀系数约比低碳钢大40%。由于热导率低、线膨胀系数大，因此奥氏体不锈钢焊接热变形大，必要使用输入热量较少办法减小焊接变形。表1-1典型奥氏体型不锈钢和低碳钢物理常数7，8钢种电阻系数（20）导热系数w/(mK)热膨胀系数20-400/(m)熔点18-8钢7016.217.91398-1454低碳钢1546.911.516731.4.2焊接工艺要点17焊接不锈钢时，也同焊接其她材料同样，均有一定规程可遵循。（1）合理选取焊接办法不锈钢焊接药芯焊丝电弧焊是焊接不锈钢一种抱负焊接办法。与焊条电弧焊相比，采用药芯焊丝可将断续生产过程变为持续生产方式，从而减少了接头数目，并且不锈钢药芯焊丝不存在发热和发红现象。与实心焊丝电弧焊相比，药芯焊丝合金成分调节以便，对钢材适应性强，焊接速度快，焊后无需酸洗、打磨及抛光。同埋弧焊相比，其热输入远不大于埋弧焊，焊接接头性能更好。选取焊接办法时限于详细条件，也许只能选取某一种。但必要充分考虑到质量、效率和成本及自动化限度等因素，以获得最大综合效益。例如奥氏体不锈钢管打底焊丝，若采用背面冲压实心焊丝打底焊工艺，不但焊前准备工作较多，并且由于氩气为惰性气体，没有脱氧或去氢作用，对焊前除油、去锈等工作规定较严，特别是现场高空、长距离管道施工时，背面冲压几乎是不也许。采用药芯焊丝，可免除背面冲压工艺，但焊后焊缝正、背面均需要清渣。如果采用实心焊丝配合多元混合气体进行不锈钢管打底焊，背面无需冲压，焊后也无需清渣，可大大提高生产效率。再如，焊接不锈钢薄板时选用TIG焊是比较适当；焊接不锈钢中厚板时，宜选用气体保护焊或埋弧焊，但应依照施工条件及焊缝位置详细分析。例如对于平焊缝，板厚不不大于6mm时可采用焊剂垫或陶瓷衬垫单面焊双面成型，不但背面无需清根，还可以节约焊接材料，提高生产效率。（2）控制焊接参数避免接头产生过热现象，奥氏体钢热导率小，热量不易散失，普通焊接所需热输入比碳钢低20%30%。过高热输入会导致焊缝开裂，减少抗蚀性变形严重。采用小电流、窄道迅速焊可使热输入减少，如果给与一定极冷办法，可防止接头过热不利影响。此外还应避免交叉焊缝，比严格控制较低层间温度。（3）接头设计合理性应给与足够注重仅以坡口角度为例，采用奥氏体钢同质焊接材料时，坡口角度取60是可行；但如采用 Ni基合金作为焊接材料，由于熔融金属流动更为粘滞，坡口角度取60很容易发生熔合不良现象。Ni基合金坡口角度普通均要增大到80左右。（4）尽量控制焊接工艺稳定以保证焊缝金属成分稳定 由于焊缝性能对化学成分变动有较大敏感性，为保证焊缝成分稳定，必要保证熔合比稳定。（5）控制焊缝成形表面成形与否光洁，与否是有易产生应力集中之处，均会影响到接头工作性能，特别对耐点蚀和耐应力腐蚀开裂有重要影响。例如，采用不锈钢药芯焊丝时，焊缝成光亮银白色，飞溅极小，比不锈钢焊条、实芯焊丝更易获得光洁表面成形。（6）防止工件工作表面污染奥氏体不锈钢焊缝受到污染，其耐蚀性会变差。焊前应彻底清除工件表面油脂、污渍、油漆等杂质，否则这些有机物在电弧高温作用下分解燃烧成气体，引起焊缝产气愤孔或增碳，从而减少耐蚀性。但焊前和焊后清理工作，也常会影响耐蚀性。已有现场经验表白，焊后采用不锈钢丝刷清理奥氏体焊接接头反而会产生点蚀。因而，需慎重对待清理工作。至于随处任意引弧、锤击、打冲眼等，也是导致腐蚀根源，应予禁止。控制焊缝施焊程序，保证面向腐蚀介质焊缝最后施焊，也是保护办法之一。由于这样可避免面向介质焊缝及其热影响区发生敏化。1.4.3 TIG焊简介18用TIG焊焊接不锈钢其焊缝性能是比较抱负，由于TIG焊电弧集中，线能量小焊接时变形小，特别是规定将焊缝余高磨掉、抛光薄板设备，使用TIG氩弧焊长处更为突出，正面填丝，反面不填丝（与腐蚀介质接触面），可以大大节约工时，同步有氩气保护，避免了合金元素烧损。TIG焊工艺参数有：焊接电流，电弧电压，焊接速度，氩气流量，喷嘴直径，钨极直径，喷嘴及管坯表面距离等。它们对焊接质量影响如下：焊接电流：焊接电流太小，容易产生未焊透，焊接不牢；过大，则容易产生烧穿、咬边等缺陷，且易使钨极烧损，焊缝夹钨。电弧电压：电弧电压重要由钨极至管坯表面距离决定。越近，电弧电压低，熔宽减少；反之，电弧电压高，熔宽增长。焊接速度：由于氩气保护是柔性，当焊接速度过快，则氩气流会产生弯曲，削弱了对钨极、熔池和电弧保护作用，容易产生未焊透、气孔等缺陷；同步，不利于管子成型调节，废品率高。若焊速太慢，不但生产效率低，并且易产生烧穿、咬边等缺陷。氩气流量：氩气纯度应不不大于99.9%。氩气流量过小，气流挺度差，抗干扰能力不强，保护效果不好；流量过大，则气体流速大，经喷嘴时形成近壁层流很薄，产生紊流，保护效果也不好。并且流速过大，带走电弧区热量过多，使电弧燃烧不稳定，也挥霍了氩气。普通区815L/min。喷嘴直径：喷嘴过小，气体保护区小，熔池金属易被氧化；喷嘴过大，不但使氩气消耗增长，并且不便于观测熔池和操作。普通取锥形陶瓷喷嘴，内径610mm。钨极直径：钨极直径过大，易引起电弧飘浮与不稳定；直径过小，当超过电流容量容许值时，钨极会强烈发热而致使其熔化和挥发，引起电弧不稳定和焊缝夹钨。普通取d=1.62.4mm。为防止钨极温度升高、烧损，采用直流正接法，即管坯接正，焊枪接负。同步，为便于引弧，并将钨极磨成约20平底锥形，锥底直径0.50.6mm。钨极伸出喷嘴23mm。喷嘴至管坯表面距离：距离越近，保护效果好，抗侧风能力强，并可相应减少气体流量，节约氩气；但过近，不便观测和操作，则易烧损喷嘴。普通取46mm。在上诉诸工艺参数中，除焊接电流、焊接速度外，别的选定后则基本保持不变或略有变化。在实际生产中，为提高生产效率，在保证焊接质量前提下，如何选用焊接电流和焊接速度就成为整个问题核心。1.5极化曲线191.5.1概念极化曲线是表达电极电位和电流之间关系曲线。阳极电位和电流关系曲线称为阳极极化曲线，阴极电位和电流关系曲线称为阴极极化曲线。极化曲线又可分为体现极化曲线和理论极化曲线。体现极化曲线表达在通过外电流（或接触电偶）时电位和电流关系，亦称实测极化曲线，可借助参比电极实测出。理论极化曲线表达在腐蚀原电池中，局部阴极和局部阳极电流和电位变化。在实际腐蚀中，有时局部阴极和局部阳极很难分开，因此理论极化曲线无法直接测得。任意一种电极实测（体现）极化曲线均可分解成为两个局部极化曲线，即阳极极化曲线和阴极极化曲线。1.5.2极化现象先观测在腐蚀介质NaCl溶液中侵入两个不同电极(Cu和Zn）后，腐蚀电池电流强度随时间而变化状况。短路此前，在电极上都建立了某种稳定起始电位和。电池短路时起始腐蚀电流为： 如果电池欧姆电阻R很小，那么电池短路后I起始不久下降，并且在通过一定期间后建立起比起始值I起始小好多倍稳定值I。电流减少必然是遇到了阻力。由于电池内、外电阻没有发生变化，因而这时产生阻力叫极化作用。测定短路先后电极电位随时间变化曲线（见图1-9）由图可见。当电池强度减少，这必然导致阳极金属腐蚀速度下降。阴极极化阳极极化IR降（电阻极化）t短路后短路前电池电动势 图1-9 电位-时间曲线示意图极化现象可涉及通电后引起腐蚀电动势减少（电池极化）；通电后引起阴极电位向负向移动（阴极极化）；广义说，也涉及溶液IR降导致电阻极化。极化必要在通电后才会产生，是通电后电位偏离原始状态一种现象，是一种可逆过程，要用动力学办法加以研究。极化限度可用极化值或过电位来表达，极化值是极化电位与起始电位之差 过电位是之起始电位为平衡电极电位时极化值。极化值和过电位也能用来表达为了克服不可逆电极过程中产生极化，使电极反映一定速度进行时所必要附加电位差，即克服此极化所需要附加推动力。因此，、既可用来量度极化限度以表达腐蚀反映阻力大小，也可用来表达克服此极化所需附加推动力大小，两者在数值上相等。正如摩擦力是阻力，为了克服此摩擦所需要外加推动力在数值上是与此摩擦力相等同样。1.5.3极化因素 腐蚀反映阻力是如何产生呢？可以阳极极化为例来阐明极化因素。1）由于电化学反映迟缓性而引起极化通电后阳极金属发生溶解反映， 由于电子移动速度要比正离子溶解速度快得多，因而电极上有正电荷积累，电极电位正移，产生阳极极化。由于电化学反映速度与反映活化能关于，因而这种极化叫电化学极化或活化极化。2）由于扩散过程缓慢而引起极化通电后，由于溶解在阳极附近金属离子扩散缓慢，在电极附近积累了大量正离子，使金属电位正移，产生阳极极化。这种极化叫浓度极化或扩散极化。3）由于表面膜生成而引起极化当金属在通电后能在表面形成保护膜时，能促使金属进入钝态后，金属转变为离子状态原始阳极过程被所形成钝化膜所阻滞同步也增长了金属/溶液界面电阻，此时阳极电位激烈地移向正方，这种极化叫电阻极化或钝化极化。1.6本文研究重要内容针对长春轨道客车公司配件厂生产材质为0Cr18Ni9壁厚为2.0mm贮水箱渗漏问题，本文重要运用金相显微分析办法、孔腐蚀实验和恒电位极化曲线实验及X-射线衍射测试分析办法，对焊接接头显微组织和抗腐蚀行为进行了分析研究。通过金相实验来观测不同焊接电流试样焊缝及HAZ区组织形态，并对各种组织形态进行分析比较；通过硬度测试实验比较四种焊接工艺参数焊缝区、HAZ区硬度值及HAZ宽度；在孔腐蚀实验和恒电位极化曲线实验中，验证了0Cr18Ni9在不同电流下焊缝及HAZ区抗腐蚀性。运用X-射线衍射测试，比较不同电流下焊缝中铁素体相对含量与腐蚀性能关系。通过以上实验得出材质为0Cr18Ni9贮水箱最佳焊接工艺参数，对实际生产有重要指引意义。 第二章实验办法、条件及原理2.1焊接办法、材料及规范2.1.1焊接材料奥氏体不锈钢0Cr18Ni9成分及焊丝ER308（H0Cr21Ni10）成分见表2-1，奥氏体不锈钢物理特性见表1-1。表2-1焊接材料化学成分表焊接材料CMnSiCrNiS母材0Cr18Ni90.062.01.017.0-198.0-11焊丝ER308（H0Cr21Ni10）0.031.820.3420.1310.332.1.2焊接办法选取从表2-1中0Cr18Ni9化学成分可知，该不锈钢含碳量为0.06，不属超低碳（0. 03 %），且不含稳定化元素(Ti,Nb)。依照金属熔焊原理及工艺理论:若焊接线能量过大，热影响区敏化温度区间时间过长，其焊接接头易产生焊缝晶间腐蚀和敏化区腐蚀。由于该不锈钢自身物理性能特异性:线膨胀系数大，导热系数小。若焊接线能量过大，则焊接残存应力大，其焊接接头易产生应力腐蚀开裂和热裂纹。因而，采用了直流TIG焊接设备进行焊接。 2.1.3焊缝接头形式 这次实验选取了两种焊接接头形式：角接和对接。接头形式如图2-1、2-2所示。 图2-1 角接接头 图2-2 对接接头2.1.4焊接工艺参数选用依照第一章第四节简介TIG焊焊接工艺参数对焊接质量影响规定拟定焊接工艺参数如下表2-2、2-3。表2-2角接工艺参数试样板厚（mm）间隙（mm）钝边（mm）坡口角度（）电极直径（mm）焊接电流（A）焊接速度（mm/s）焊丝直径（mm）气体流量（L/mm）120-2002.4354-61.210-15220-2002.4704-62.06-8320-2002.4804-62.06-8表2-3平焊缝焊接规范参数试样板厚（mm）间隙（mm）钝边（mm）坡口角度（）电极直径（mm）焊接电流（A）焊接速度（mm/s）焊丝直径（mm）气体流量（L/mm）120-2002.4354-61.210-15220-2002.4604-61.210-15320-2002.4704-62.06-82.2 金相组织观测实验2.2.1实验药物与设备（1）实验设备：金相显微数码分析系统EIPOTO Nikon300、砂轮机、PG-2C型金相抛光机、吹风机（2）实验药物：酒精、腐蚀剂、金相抛光剂、砂纸（3）腐蚀液配方：5gFeCl3 +100ml水+50mlHCl2.2.2实验试样制备及观测在350mm200mm焊后钢板恰当位置上截取20mm20mm试样，将截面处先在砂轮机上粗磨，再用粒度为280#，400#，600#砂纸细磨，然后在金相抛光机上抛光，用水冲洗，再用酒精冲洗，然后将试样放入腐蚀液中腐蚀，再用酒精冲洗，然后用吹风机吹干。取样部位如图2-3所示。 图a 平焊缝 图b 角焊缝 图2-3 原则取样位置将制备好试样放到金相显微镜上，调节焦距直到可以清晰地看到显微组织为止。然后对每个试样焊缝、HZA区及母材进行组织观测。得到组织如图3-1至3-14所示。2.3 显微硬度测试 2.3.1显微硬度测量原理依照ISO6507显微维氏硬度是依照单位压痕凹陷面积上承受载荷，即应力值作为硬度值计量指标。维氏硬度压头采用了锥面夹角136金刚石四方角锥体，压入角恒定不变使得载荷变化时，压痕几何形状相似，因而在维氏硬度实验中，载荷可以任意选取，而所得硬度值相似，维氏硬度值以符号HV表达，其值可表达为 HV=1854P/d2图2-4显微维氏硬度压头从式中可以看出，只要量出对角线d就可求出HV值，单位是kgf/mm。式样厚度t普通应不不大于压痕对角线1.5倍。本实验采用载荷为50g,加载时间为15秒。测得硬度数据如图3-15至3-20所示。2.3.2实验药物与设备（1）实验设备：恒一显微硬度FM-700、砂轮机、