1、目 錄第一章 緒論11.1選題的背景及意義11.2奧氏體不銹鋼的應(yīng)用及特點(diǎn)21.3奧氏體不銹鋼腐蝕性能4奧氏體不銹鋼焊接接頭的耐蝕性4奧氏體不銹鋼焊接接頭的點(diǎn)蝕71.4奧氏體不銹鋼焊接性10奧氏體不銹鋼焊的物理性能10焊接工藝要點(diǎn)101.4.3 TIG焊簡介111.5極化曲線12概念12極化現(xiàn)象13極化原因141.6本文研究的主要內(nèi)容15第二章 試驗(yàn)方法、條件及原理162.1焊接方法、材料及規(guī)范16焊接材料16焊接方法的選擇16焊縫接頭形式16焊接工藝參數(shù)的選取172.2 金相組織觀察實(shí)驗(yàn)17實(shí)驗(yàn)藥品與設(shè)備17實(shí)驗(yàn)試樣制備及觀察182.3 顯微硬度測試18顯微硬度測量原理18實(shí)驗(yàn)藥品與設(shè)備19

2、實(shí)驗(yàn)試樣制備19顯微硬度實(shí)驗(yàn)過程192.4焊接接頭點(diǎn)腐蝕實(shí)驗(yàn)20點(diǎn)腐蝕機(jī)理20實(shí)驗(yàn)藥品與設(shè)備21實(shí)驗(yàn)試樣制備21實(shí)驗(yàn)過程212.5 極化曲線與電化學(xué)腐蝕測試212.5.1 極化曲線實(shí)驗(yàn)原理21電化學(xué)腐蝕原理23實(shí)驗(yàn)藥品與設(shè)備23實(shí)驗(yàn)試樣制備232.5.5 實(shí)驗(yàn)過程242.6 X-射線測試242.6.1 x-ray簡介242.6.2 X-射線衍射方法25實(shí)驗(yàn)藥品與設(shè)備26實(shí)驗(yàn)試樣制備26第三章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析273.1 金相實(shí)驗(yàn)27金相組織觀察27焊縫及HAZ組織特征分析293.2硬度實(shí)驗(yàn)30硬度曲線30數(shù)據(jù)分析323.3點(diǎn)腐蝕實(shí)驗(yàn)33實(shí)驗(yàn)結(jié)果33結(jié)果分析34防止點(diǎn)蝕的措施353.4極化實(shí)驗(yàn)35

3、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)35曲線分析383.5 X-射線實(shí)驗(yàn)38實(shí)驗(yàn)結(jié)果38結(jié)果分析41第四章 結(jié)論42致 謝43參考文獻(xiàn)44第一章 緒 論1.1選題的背景及意義 不銹鋼自1912年發(fā)明以來，取得迅猛發(fā)展。至今全球仍以每年3%5%的速度遞增。我國正處于不銹鋼生產(chǎn)和高速增長期，2001年我國不銹鋼的使用量已躍居世界第一1。不銹鋼焊接也會經(jīng)常遇到。不銹鋼是耐蝕和耐熱高合金鋼的統(tǒng)稱。不銹鋼通常含有Cr、Ni、Mn、Mo等元素，具有良好的耐腐蝕性、耐熱性和較好的力學(xué)性能，適于制造要求耐腐蝕、抗氧化、耐高溫和超低溫的零部件和設(shè)備，應(yīng)用十分廣泛，其焊接具有特殊性。奧氏體不銹鋼是不銹鋼中最重要的鋼種，生產(chǎn)量和使用量約占不銹

4、鋼總產(chǎn)量及用量的70%1。該類鋼是一種十分優(yōu)良的材料，有極好的抗腐蝕性和生物相容性，因而在化學(xué)工業(yè)、船舶、食品、生物醫(yī)學(xué)、石油化工等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。長春軌道客車公司配件廠生產(chǎn)的材質(zhì)為0Cr18Ni9壁厚為2.0mm的貯水箱，應(yīng)用在鐵路客車上，在設(shè)計(jì)使用壽命內(nèi)（設(shè)計(jì)使用壽命為七年）經(jīng)常發(fā)生滲漏，經(jīng)由現(xiàn)場處理發(fā)現(xiàn)，滲漏點(diǎn)大部分為水箱防波板焊接處，小部分為供水管路滲漏，與水箱本身無關(guān)。滲漏點(diǎn)形貌均為圓形小孔（如圖1-1），且周邊失去鈍化膜，已看到凹突不平的金屬顆粒，由此推斷為腐蝕所致，形式為點(diǎn)蝕，在其附近還有許多細(xì)微裂紋存在（如圖1-2）。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，在水箱生產(chǎn)過程中，由于飛濺和不正確焊接參

5、數(shù)（主要是電流），不銹鋼箱體表層鈍化膜被破壞同時焊接接頭區(qū)形成貧鉻層，同時由于水箱的介質(zhì)為自來水因而含有大量的氯離子，貧鉻層區(qū)域在氯離子及應(yīng)力的作用下，便會引起腐蝕和開裂。滲漏點(diǎn)主要集中在水箱防波板和箱體焊接處。滲漏點(diǎn)形貌為貫穿板厚的圓形小孔,用立式顯微鏡放大至20倍觀察,發(fā)現(xiàn)小孔周邊已失去了鈍化膜,其邊緣和內(nèi)表面凸凹不平,十分粗糙。此外,在水箱防波板和箱體焊接處附近還發(fā)現(xiàn)多處裂紋。實(shí)驗(yàn)就0Cr18Ni9 不銹鋼列車貯水箱點(diǎn)蝕與開裂問題展開研究與分析。測試兩種焊接接頭形式及三種不同焊接參數(shù)（不同電流）對不銹鋼接頭腐蝕性能的影響。圖1-1水箱點(diǎn)蝕形貌 圖1-2水箱裂紋形貌鐵路客車上的水箱是典型的

6、薄壁箱型結(jié)構(gòu)，其殼體承受內(nèi)壓載荷的能力很弱。由于在客車運(yùn)行的過程中產(chǎn)生了內(nèi)壓載荷作用，無加強(qiáng)筋的薄壁箱型殼體將產(chǎn)生很大的變形。因此，水箱內(nèi)設(shè)置主拉筋以承擔(dān)來自殼體的水平方向的壓力載荷，防止殼體過大的橫向變形。不銹鋼水箱的加強(qiáng)側(cè)拉筋與模壓板各折邊采用氬弧焊連接。在水箱的受載時，由于殼體與各側(cè)拉筋變形不協(xié)調(diào)，使得各側(cè)拉筋既受到拉伸載荷，又受到彎曲載荷作用。使得側(cè)拉筋的焊接接頭成為水箱的一個薄弱之處。而且在加強(qiáng)筋焊接接頭易產(chǎn)生腐蝕，如圖1-3所示。圖1-3發(fā)生電化腐蝕的連接本文通過在含有氯離子和鐵離子的腐蝕溶液中對幾種不同焊接線能量的試樣進(jìn)行點(diǎn)腐蝕實(shí)驗(yàn)，最終得出結(jié)論，焊接線能量太小或太大都不利于抗點(diǎn)

7、腐蝕。本文的研究對延長薄板不銹鋼水箱的使用壽命具有重要的意義。1.2奧氏體不銹鋼的應(yīng)用及特點(diǎn)不銹鋼是在普通碳鋼的基礎(chǔ)上，加入一組鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（WCr）大于12%合金元素的鋼材，它在空氣作用下能保持金屬光澤，也就是具有不生銹的特性。這由于在這類鋼中含有一定量的鉻合金元素，能使鋼材表面形成一層不溶解于某介質(zhì)的堅(jiān)固的氧化薄膜（鈍化膜），使金屬與外界介質(zhì)隔離而不發(fā)生化學(xué)作用。 常用的奧氏體型不銹鋼根據(jù)其主要的合金元素Cr和Ni的含量不同可分為如下三種1：18-8型奧氏體不銹鋼，主要鋼號有1Cr18Ni9和0Cr18Ni9；18-12Mo型奧氏體不銹鋼，這類鋼的鋼號有0Cr17Ni12Mo2、0Cr18

8、Ni12Mo2Ti等；25-20型奧氏體不銹鋼，牌號有0Cr25Ni20等。 奧氏體不銹鋼中最有代表性的是18Cr-8Ni，它是不銹鋼中用量最多，使用范圍最廣的優(yōu)秀耐腐蝕材料，在大氣、淡水、中性鹽、有機(jī)酸、氧化能力很強(qiáng)的硝酸以及堿性環(huán)境中具有很強(qiáng)的耐腐蝕性，不僅如此，而且也具有在高溫下抗氧化的優(yōu)點(diǎn)，所以適用性很強(qiáng)。但是奧氏體不銹鋼焊接時由于熱影響的部位容易產(chǎn)生鉻碳化合物晶界析出現(xiàn)象，這樣在晶界附近的鉻含量就減少了，也就降低了耐腐蝕性能，在焊接部位周圍易產(chǎn)生晶界腐蝕裂紋。由于奧氏體不銹鋼其表面可以形成一層鈍化膜，因而具有良好的耐腐蝕性能，同時它又具有較好的低溫韌性等力學(xué)性能，因此被廣泛的用于石油

9、、化工、能源、海洋及各種車輛的加工制造上。特別是在軌道車輛上的運(yùn)用，不銹鋼車輛有相當(dāng)大的優(yōu)點(diǎn)：不銹鋼對能量的吸收優(yōu)于鋁或碳鋼；有高的屈服強(qiáng)度；高的加工硬化率；高的延展性。同時，不銹鋼重量比碳鋼輕20%可減少車體的重量；且與碳鋼相比更耐腐蝕。因而現(xiàn)在不銹鋼被越來越多的用在了汽車火車的制造上，增加了車輛的使用壽命，進(jìn)而降低了車輛運(yùn)行的成本。 但是在車輛加工制造過程中需要進(jìn)行焊接，不銹鋼焊接接頭區(qū)常發(fā)生晶間腐蝕、刀口腐蝕、點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕等腐蝕現(xiàn)象2。因此不銹鋼焊接性問題是十分重要的。1940年，Hodge和Miller首先提出了不銹鋼的腐蝕與氯化物有關(guān)3。隨著工業(yè)上的大量使用及不銹鋼品種的增長、產(chǎn)量

10、的增加和使用范圍的擴(kuò)大，腐蝕斷裂事故的不斷發(fā)生4，不銹鋼，特別是大量使用的Cr-Ni奧氏體不銹鋼的應(yīng)力腐蝕斷裂問題才成為許多部門的重要問題。文獻(xiàn)6最早總結(jié)了化工、石油、動力等工業(yè)部門中Cr-Ni奧氏體不銹鋼的腐蝕破壞的實(shí)例。目前，不銹鋼，特別是Cr-Ni奧氏體不銹鋼的腐蝕問題成了不銹鋼領(lǐng)域中最重要而又急待解決的實(shí)際工程問題5，例如長春軌道客車廠熱水箱箱體設(shè)備因腐蝕開裂而造成的漏水問題，僅此項(xiàng)事例就引起高達(dá)數(shù)百萬元的經(jīng)濟(jì)損失。為了解決奧氏體不銹鋼焊后產(chǎn)生的缺陷，在18-8的基礎(chǔ)上有了以下幾方面的重要發(fā)展。（1）加Mo改善了鋼的點(diǎn)蝕和耐縫隙腐蝕性；（2）降低碳含量或加Ti或Nb、Ta穩(wěn)定化元素，減

11、小焊接材料的晶間腐蝕傾向；（3）加Ni和Cr改善高溫抗氧化性和強(qiáng)度；（4）加Ni改善了抗應(yīng)力腐蝕性能；（5）加S、Se改善了切削性和構(gòu)件表面精度。由于奧氏體不銹鋼具有全面、良好的綜合性能，在工業(yè)上獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。1.3奧氏體不銹鋼腐蝕性能1.3.1奧氏體不銹鋼焊接接頭的耐蝕性（1）晶間腐蝕18-8鋼焊接接頭有三個部位能出現(xiàn)晶間腐蝕現(xiàn)象，在同一個接頭并不能同時看到這三種晶間腐蝕的出現(xiàn)，這取決與鋼和焊縫的成分9。出現(xiàn)敏化區(qū)腐蝕就不會有熔合區(qū)腐蝕。焊縫區(qū)的腐蝕主要取決于焊接材料。在正常情況下，現(xiàn)代技術(shù)水平可以保證焊縫區(qū)不會產(chǎn)生晶間腐蝕。晶間腐蝕的形貌如圖1-4、1-5。圖1-4焊接件的晶間腐

12、蝕 圖1-5晶間腐蝕的微觀示意圖焊縫區(qū)晶間腐蝕：根據(jù)貧鉻理論，為防止焊縫發(fā)生晶間腐蝕：一是通過焊接材料，使焊縫金屬或者成為超低碳情況，或者含有足夠的穩(wěn)定化元素Nb，一般希望Nb8WC或Nb1%；二是調(diào)整焊縫成分獲得一定數(shù)量的鐵素體相10。如果母材不是超低碳不銹鋼，采用超低碳焊接材料未必可靠，因?yàn)槿酆媳鹊淖饔脮鼓覆南蚝缚p增碳。焊縫中相的有利作用如下：可打亂單一奧氏體相柱狀晶的方向不至于形成連續(xù)貧鉻層。相富Cr，有良好的共Cr條件，可減少奧氏體晶粒形成貧Cr層。因此，常希望焊縫中存在4%12%的鐵素體相。過量鐵素體存在，多層焊時易促使形成相，且不利于高溫工作。在尿素之類介質(zhì)中工作的不銹鋼，如含M

13、o的18-8鋼，焊縫最好不含相，否則易產(chǎn)生相的選擇腐蝕。為了獲得相，焊縫成分必然不會與母材完全相同，一般須適當(dāng)提高鐵素體化元素的含量，或者說提高Creq/Nieq的值。Creq稱為鉻當(dāng)量，為把每一鐵素體化元素，按其鐵素體化的強(qiáng)烈程度折合成相當(dāng)若干鉻元素后的總和。已知Creq及Nieq即可確定焊縫金屬的室溫組織。如圖1-6是應(yīng)用最廣的焊縫組織圖。圖1-6不銹鋼舍夫勒組織圖熱影響區(qū)敏化區(qū)晶間腐蝕：所謂的熱影響區(qū)（HAZ）敏化區(qū)晶間腐蝕是指焊接熱影響區(qū)中加熱峰值溫度處于敏化加熱區(qū)間的部位（故稱敏化區(qū)）所發(fā)生的晶間腐蝕11。顯然只有18-8鋼才有敏化區(qū)存在，含Ti和Nb的18-8Ti或18-8Nb，以

14、及超低碳18-8鋼不易有敏化區(qū)出現(xiàn)。對于WC=0.5%和0Cr18Ni9不銹鋼來說，Cr23C6的析出溫度為600850,TiC的則高達(dá)1100?？梢姡绻鋮s速度快，鉻碳化物就不會析出。為防止18-8鋼敏化區(qū)腐蝕，在焊接工藝上應(yīng)采取小熱輸入、快速焊接過程，以減少處于敏化加熱的時間。 刀狀腐蝕：在熔合區(qū)產(chǎn)生的晶間腐蝕，有如刀削切口形式，故稱為“刀狀腐蝕”，簡稱刀蝕，腐蝕區(qū)寬度初期不超過35個晶粒，逐步擴(kuò)展到1.01.5mm。刀狀腐蝕只發(fā)生在含Nb或Ti的18-8Ti和18-8Nb鋼的熔合區(qū)，其實(shí)指也是與M23C6沉淀而形成貧Cr層有關(guān)。以18-8Ti為例焊前為10501150水淬固溶處理態(tài)，M

15、23C6全部固溶，TiC則呈現(xiàn)沉淀游離態(tài)。經(jīng)過焊接后，在焊態(tài)下的熔合區(qū)，由于經(jīng)歷了1200以上的高溫過熱作用，發(fā)生的變化是TiC將大部分固溶，峰值溫度越高，TiC固溶量越大，TiC溶解時分離出來的碳原子插入到奧氏體點(diǎn)陣間隙中，Ti則占據(jù)奧氏體點(diǎn)陣節(jié)點(diǎn)空缺位置。冷卻時活潑的碳原子越向奧氏體周邊運(yùn)動，Ti來不急擴(kuò)散而保留在原地，因而碳將析集于晶界附近而成為過飽和狀態(tài)，這已為示蹤原子C14自射線照相所證實(shí)。這種狀態(tài)如在經(jīng)450850中溫敏化加熱，將發(fā)生M23C6沉淀，與之相對應(yīng)地形成了晶界貧Cr區(qū)。越靠近熔合區(qū)，貧Cr越嚴(yán)重，因此可形成“刀狀腐蝕”。顯然，高溫過程和中溫敏化相繼作用，是刀口腐蝕的必要

16、條件，但不含Ti或Nb的18-8鋼不應(yīng)有刀狀腐蝕發(fā)生。超低碳不銹鋼不但不發(fā)生敏化區(qū)腐蝕，也不會有刀狀腐蝕。18-8Ti和18-8Nb鋼，最好控制Wc<0.06%。焊接時盡量減少過熱，如盡量避免交叉焊縫和采用小的熱輸入。面向腐蝕介質(zhì)的一面無法放在最后施焊時應(yīng)調(diào)整焊縫尺寸和焊接參數(shù)，使令一面焊縫焊接時所產(chǎn)生的實(shí)際敏化加熱熱影響區(qū)不落在第一面的表面過熱區(qū)上。此外，稀土元素如La、Ce可加速碳化物在晶內(nèi)的沉淀，可有效地防止刀狀腐蝕。（2）應(yīng)力開裂腐蝕（SCC）腐蝕介質(zhì)的影響：應(yīng)力腐蝕的最大特點(diǎn)之一是腐蝕介質(zhì)與材料組合上的選擇性，在此特定組合之外不會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。如在Cl-的環(huán)境中，18-8不銹鋼

17、的應(yīng)力腐蝕不僅與溶液中的Cl-離子有關(guān)，而且還與溶液中氧含量有關(guān)。Cl-離子濃度很高、氧含量較少或Cl-離子濃度較低、氧含量較高時，均不會引起應(yīng)力腐蝕。焊接應(yīng)力的作用：應(yīng)力腐蝕開裂是應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用的結(jié)果12。應(yīng)力腐蝕開裂形貌如圖1-7。由于低熱導(dǎo)率及高的膨脹系數(shù)，不銹鋼焊后常常產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力。應(yīng)力腐蝕開裂的拉應(yīng)力中，來源于焊接殘余應(yīng)力的超過30%，焊接拉應(yīng)力越大，越易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。在含氯化物介質(zhì)中，引起奧氏體鋼SCC的臨界拉應(yīng)力th，接近奧氏體鋼的屈服點(diǎn)s,即th約等s。在高溫高壓水中，引起奧氏體鋼SCC的th遠(yuǎn)小于s。而在H2SxO6介質(zhì)中，由于晶間腐蝕領(lǐng)先，應(yīng)力則起到了加速

18、作用，此時可認(rèn)為th約等0。為了防止應(yīng)力開裂腐蝕，從根本上看，退火消除殘余應(yīng)力最為重要。殘余應(yīng)力消除程度與“回火參數(shù)”LMP有關(guān)，即 LMP=T(Lgt+20)×10-3式中 T加熱溫度（K）； t保溫時間（h），LMP越大，殘余應(yīng)力消除程度越大。如18-8Nb鋼管，外徑為125mm，壁厚為25mm，焊態(tài)時的焊接殘余應(yīng)力R=120MPa。消除應(yīng)力退火后，LMP18時才開始使R降低，當(dāng)LMP23時，R0。應(yīng)指出為消除應(yīng)力加熱溫度T的作用效果遠(yuǎn)大于加熱保溫時間t的作用。圖1-7應(yīng)力腐蝕開裂形貌合金元素的作用：應(yīng)力腐蝕開裂大多發(fā)生在合金中，在晶界上的合金元素偏析引起合金晶間開裂腐蝕是應(yīng)力腐

19、蝕開裂的主要原因之一。對于焊縫金屬，選擇焊接材料具有重要的意義。從組織上看焊縫中含有一定量的相有利于提高氯化物介質(zhì)中的耐SCC性能，但卻不利于HEC型的SCC，因而在高溫水或高壓加氫的條件下工作就可能有問題。在氯化物介質(zhì)中，提高Ni可提高抗應(yīng)力腐蝕能力。Si能使氧化膜致密，因而是有利；加Mo則會降低Si的作用。但是如果SCC的根源是點(diǎn)蝕坑，則因Mo而有利于防止點(diǎn)蝕，則會提高耐SCC性能。超低碳有利于提高抗應(yīng)力腐蝕開裂性能。綜上所述，引起應(yīng)力開裂腐蝕開裂須具備三個條件：首先是金屬在該環(huán)境中具有應(yīng)力腐蝕開裂的傾向；其次是由這種材質(zhì)組成的結(jié)構(gòu)接觸或處于選擇性的腐蝕介質(zhì)中；最后具有高于一定水平的拉應(yīng)力

20、。1.3.2奧氏體不銹鋼焊接接頭的點(diǎn)蝕點(diǎn)腐蝕簡稱點(diǎn)蝕，又叫做小孔腐蝕或孔蝕，是一種腐蝕集中于金屬表面的很小范圍內(nèi)，并深入到金屬內(nèi)部的蝕孔狀腐蝕形態(tài)，一般是直徑小而深，蝕孔的最大深度和金屬的平均腐蝕深度的比值，稱為點(diǎn)蝕系數(shù)。點(diǎn)蝕系數(shù)越大表示點(diǎn)蝕越嚴(yán)重。不銹鋼點(diǎn)蝕是在特定的腐蝕介質(zhì)中發(fā)生的。通常發(fā)生在含有鹵素陰離子的溶液中,其中以氯化物、溴化物侵蝕性最強(qiáng),是不銹鋼常見的局部腐蝕之一13。點(diǎn)腐蝕是一種破壞性和隱患較大的腐蝕形態(tài)之一，是化工生產(chǎn)及海洋事業(yè)中經(jīng)常遇到的問題4。奧氏體鋼焊接接頭有點(diǎn)蝕的傾向14，其實(shí)即耐點(diǎn)蝕性優(yōu)異的雙相鋼有時也會有點(diǎn)蝕產(chǎn)生。但含Mo鋼耐點(diǎn)蝕性能比不含Mo的要好，如18-8M

21、o就比18-8耐點(diǎn)蝕性能好。現(xiàn)已幾乎將點(diǎn)蝕視為首要問題，因?yàn)辄c(diǎn)蝕更難控制，并常成為應(yīng)力腐蝕的裂源。點(diǎn)蝕的指數(shù)PI越小的鋼，點(diǎn)蝕傾向越大。最容易產(chǎn)生點(diǎn)蝕的部位是焊縫中的不完全的混合區(qū)，其化學(xué)成分與母材相同，但卻經(jīng)歷了溶化和凝固過程，應(yīng)屬焊縫的一部分。焊接材料選擇不當(dāng)時焊縫中心部位也會有點(diǎn)蝕產(chǎn)生，其主要的原因應(yīng)歸結(jié)為耐點(diǎn)蝕成分Cr和Mo的偏析。例如，奧氏體鋼Cr22Ni25Mi中WMo=2%5%，在鎢極氬弧焊（TIG）時，枝晶晶界Mo量與其晶軸Mo量之比（即偏析度）達(dá)1.6，Cr偏析度達(dá)1.25。因而晶軸負(fù)偏析部位易于產(chǎn)生點(diǎn)蝕易形成點(diǎn)蝕，甚至填送同質(zhì)焊絲時也是如此，仍不如母材。 為提高耐點(diǎn)蝕性能，

22、一方面須減少Cr、Mo的偏析；一方面采用較母材更高Cr、Mo含量的所謂“超合金化”焊接材料。提高Ni的含量，晶軸中Cr、Mo的負(fù)偏析顯著減少，因此采用高Ni焊絲應(yīng)該有利。常采用所謂“臨界點(diǎn)蝕溫度”CPT來評價耐點(diǎn)蝕性能。能引起點(diǎn)蝕的最低加熱溫度，稱為CPT。由此可以得到結(jié)論14：1）為提高耐腐蝕性能不能進(jìn)行自熔焊接。2）焊接材料與母材必須“超合金化”匹配。3）必須考慮母材的稀釋作用，以保證足夠的合金含量。4）提高Ni量有利于減少微觀偏析，必要時可考慮采用Ni基合金焊絲。點(diǎn)蝕的形貌是多種多樣的，如圖1-8所示，隨材料與腐蝕介質(zhì)的不同而不同，它有半球形、平壁形、不定形、開口形、閉口形等。目前尚不清

23、楚必須滿足那些條件，才能形成某種形狀的小孔。但從實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場失效實(shí)物材料分析點(diǎn)腐蝕坑的剖面形貌，圖1-8所示的形狀幾乎都存在。 圖1-8 各種點(diǎn)腐蝕形貌（a）窄深 （b）橢圓形 （c）寬淺 （d）在表面下面（e）底切形 （f）水平形 （g）垂直形 點(diǎn)蝕形成的原因很多，影響點(diǎn)蝕的因素也很多，以下介紹影響點(diǎn)蝕的主要因素：（一）環(huán)境因素15 這里是指材料所處的介質(zhì)特性，它對點(diǎn)蝕的形成有重要的影響。（1）介質(zhì)類型：某些材料在特定的介質(zhì)中易發(fā)生點(diǎn)蝕，如不銹鋼易在含鹵族元素陰離子Cl-、Br-、I-中發(fā)生，而銅則對SO42-更敏感。當(dāng)溶液中具有FeCl3、CuCl2為代表的二價以上重金屬氯化物時，由于金屬離

24、子強(qiáng)烈的還原作用，將大大促進(jìn)點(diǎn)蝕的形成和發(fā)展。所以實(shí)驗(yàn)室常用FeCl3溶液作為腐蝕實(shí)驗(yàn)介質(zhì)。（2）介質(zhì)濃度：以鹵族離子為例。一般認(rèn)為，只有當(dāng)鹵族離子達(dá)到一定濃度時才發(fā)生點(diǎn)蝕。可以把產(chǎn)生點(diǎn)蝕的最小濃度作為評定點(diǎn)蝕趨勢的一個參量。不銹鋼的點(diǎn)蝕電位與鹵族離子濃度的關(guān)系可用下式表示： Ex-= a+blgCx-式子中，Ex-為點(diǎn)蝕電位；Cx-為陰離子濃度；a、b值隨鋼種及鹵族離子種類而定。 對18-8不銹鋼 ECl-=0.115lgCCl-+0.247 EBr-=0.126lgCBr-+0.294 從上式可見Cl-對點(diǎn)蝕電位的影響最大。（3）介質(zhì)中其他離子陰離子作用：介質(zhì)中如存在OH-、SO42-等陰

25、離子，對不銹鋼點(diǎn)蝕起緩蝕作用，效果隨下列順序而遞減OH-NO-3AC-SO42-ClO- 4。對應(yīng)于一定Cl-活度溶液，使不銹鋼不產(chǎn)生點(diǎn)蝕的最低陰離子濃度有如下經(jīng)驗(yàn)關(guān)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）介質(zhì)流速的影響：一般流速增大，點(diǎn)蝕傾向降低，對不銹鋼而言，有利減少點(diǎn)蝕的流速為1m/s左右；若流速過大，則將發(fā)生沖刷腐蝕。（二）冶金因素16 這里主要討論合金元素的作用。幾種金屬與合金在氯化物介質(zhì)中的

26、耐點(diǎn)蝕性能如表1-2所示。在250.1 N (5.85g/L)的NaCl溶液中，對點(diǎn)蝕最不穩(wěn)定的是鋁，最穩(wěn)定的是鉻和鈦。鈦的點(diǎn)蝕僅發(fā)生在高濃度的沸騰氯化物中（如42%MgCl2,61%CaCl2,96%ZnCl2）以及非水溶液中。如加有少量水的含溴甲醇溶液中，增加水的濃度，鈦就轉(zhuǎn)變到穩(wěn)定多鈍化狀態(tài)。表中鐵、鎳、鋯處于中間位置，18-8不銹鋼的Eb接近于鎳。表1-2 在濃度為5.85g/L的NaCl溶液中的各種金屬的點(diǎn)蝕電位金屬Eh/V(SHE)金屬Eb/V(SHE)Al-0.45Zr0.46Fe-0.23Cr1Ni0.28Ti1.218-8不銹鋼0.26不銹鋼中加入適量的V、Si、稀土對提高耐

27、點(diǎn)蝕性能也稍有作用。從合金材料的組織結(jié)構(gòu)來看，提高其均勻性可增強(qiáng)其抗點(diǎn)蝕能力，如果鋼中含硫量增加，硫化物夾雜增多，以及碳含量增多和不適當(dāng)?shù)臒崽幚恚桩a(chǎn)生晶界析出，這都會增加點(diǎn)蝕的起源位置，促進(jìn)點(diǎn)蝕形核。反之，降低鋼中S、P、C等雜質(zhì)元素，則減少點(diǎn)蝕敏感性。奧氏體不銹鋼焊接接頭除了會產(chǎn)生以上的腐蝕之外，還會在焊縫及近焊縫區(qū)產(chǎn)生熱裂紋，HAZ近焊縫區(qū)的熱裂紋大都是液化裂紋；而且還有析出現(xiàn)象及低溫脆化等缺陷。 1.4奧氏體不銹鋼焊接性1.4.1奧氏體不銹鋼焊的物理性能有表1-1不銹鋼和低碳鋼的物理性能比較中，可以看出：奧氏體不銹鋼的熱導(dǎo)率約為低碳鋼的1/3；奧氏體不銹鋼具有較高的電阻率，約為碳鋼的

28、5倍；其線膨脹系數(shù)約比低碳鋼大40%。由于熱導(dǎo)率低、線膨脹系數(shù)大，所以奧氏體不銹鋼焊接的熱變形大，必須使用輸入熱量較少的方法減小焊接變形。表1-1典型奧氏體型不銹鋼和低碳鋼物理常數(shù)7，8鋼種電阻系數(shù)（20）·導(dǎo)熱系數(shù)w/(m·K)熱膨脹系數(shù)20-400/(m·)熔點(diǎn)18-8鋼7016.217.91398-1454低碳鋼1546.911.516731.4.2焊接工藝要點(diǎn)17焊接不銹鋼時，也同焊接其他材料一樣，都有一定的規(guī)程可遵循。（1）合理的選擇焊接方法不銹鋼焊接藥芯焊絲電弧焊是焊接不銹鋼的一種理想焊接方法。與焊條電弧焊相比，采用藥芯焊絲可將斷續(xù)的生產(chǎn)過程變?yōu)檫B續(xù)的

29、生產(chǎn)方式，從而減少了接頭數(shù)目，而且不銹鋼藥芯焊絲不存在發(fā)熱和發(fā)紅現(xiàn)象。與實(shí)心焊絲電弧焊相比，藥芯焊絲合金成分調(diào)整方便，對鋼材適應(yīng)性強(qiáng)，焊接速度快，焊后無需酸洗、打磨及拋光。同埋弧焊相比，其熱輸入遠(yuǎn)小于埋弧焊，焊接接頭性能更好。選擇焊接方法時限于具體條件，可能只能選擇某一種。但必須充分考慮到質(zhì)量、效率和成本及自動化程度等因素，以獲得最大的綜合效益。例如奧氏體不銹鋼管打底焊絲，若采用背面沖壓的實(shí)心焊絲打底焊工藝，不僅焊前準(zhǔn)備工作較多，而且由于氬氣為惰性氣體，沒有脫氧或去氫的作用，對焊前的除油、去銹等工作要求較嚴(yán)，尤其是現(xiàn)場高空、長距離管道施工時，背面沖壓幾乎是不可能的。采用藥芯焊絲，可免去背面沖壓

30、的工藝，但焊后焊縫正、背面均需要清渣。如果采用實(shí)心焊絲配合多元混合氣體進(jìn)行不銹鋼管打底焊，背面無需沖壓，焊后也無需清渣，可大大提高生產(chǎn)效率。再如，焊接不銹鋼薄板時選用TIG焊是比較合適的；焊接不銹鋼中厚板時，宜選用氣體保護(hù)焊或埋弧焊，但應(yīng)根據(jù)施工條件及焊縫位置具體分析。例如對于平焊縫，板厚大于6mm時可采用焊劑墊或陶瓷襯墊單面焊雙面成型，不僅背面無需清根，還可以節(jié)約焊接材料，提高生產(chǎn)效率。（2）控制焊接參數(shù)避免接頭產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，奧氏體鋼熱導(dǎo)率小，熱量不易散失，一般焊接所需的熱輸入比碳鋼低20%30%。過高熱輸入會造成焊縫開裂，降低抗蝕性變形嚴(yán)重。采用小電流、窄道快速焊可使熱輸入減少，如果給與一

31、定的極冷措施，可防止接頭過熱的不利影響。此外還應(yīng)避免交叉焊縫，比嚴(yán)格控制較低的層間溫度。（3）接頭設(shè)計(jì)的合理性應(yīng)給與足夠的重視僅以坡口角度為例，采用奧氏體鋼同質(zhì)焊接材料時，坡口角度取60°是可行的；但如采用 Ni基合金作為焊接材料，由于熔融金屬流動更為粘滯，坡口角度取60°很容易發(fā)生熔合不良現(xiàn)象。Ni基合金的坡口角度一般均要增大到80°左右。（4）盡可能控制焊接工藝穩(wěn)定以保證焊縫金屬成分穩(wěn)定 因?yàn)楹缚p性能對化學(xué)成分的變動有較大的敏感性，為保證焊縫成分穩(wěn)定，必須保證熔合比穩(wěn)定。（5）控制焊縫成形表面成形是否光潔，是否是有易產(chǎn)生應(yīng)力集中之處，均會影響到接頭的工作性能，

32、尤其對耐點(diǎn)蝕和耐應(yīng)力腐蝕開裂有重要影響。例如，采用不銹鋼藥芯焊絲時，焊縫成光亮銀白色，飛濺極小，比不銹鋼焊條、實(shí)芯焊絲更易獲得光潔的表面成形。（6）防止工件工作表面的污染奧氏體不銹鋼焊縫受到污染，其耐蝕性會變差。焊前應(yīng)徹底清除工件表面的油脂、污漬、油漆等雜質(zhì)，否則這些有機(jī)物在電弧高溫作用下分解燃燒成氣體，引起焊縫產(chǎn)生氣孔或增碳，從而降低耐蝕性。但焊前和焊后的清理工作，也常會影響耐蝕性。已有現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)表明，焊后采用不銹鋼絲刷清理奧氏體焊接接頭反而會產(chǎn)生點(diǎn)蝕。因此，需慎重對待清理工作。至于隨處任意引弧、錘擊、打沖眼等，也是造成腐蝕的根源，應(yīng)予禁止?？刂坪缚p施焊程序，保證面向腐蝕介質(zhì)的焊縫最后施焊，也

33、是保護(hù)措施之一。因?yàn)檫@樣可避免面向介質(zhì)的焊縫及其熱影響區(qū)發(fā)生敏化。1.4.3 TIG焊簡介18用TIG焊焊接不銹鋼其焊縫性能是比較理想的，因?yàn)門IG焊電弧集中，線能量小焊接時變形小，特別是要求將焊縫余高磨掉、拋光的薄板設(shè)備，使用TIG氬弧焊優(yōu)點(diǎn)更為突出，正面填絲，反面不填絲（與腐蝕介質(zhì)接觸面），可以大大節(jié)省工時，同時有氬氣保護(hù)，避免了合金元素的燒損。TIG焊工藝參數(shù)有：焊接電流，電弧電壓，焊接速度，氬氣流量，噴嘴直徑，鎢極直徑，噴嘴及管坯表面的距離等。它們對焊接質(zhì)量的影響如下：焊接電流：焊接電流太小，容易產(chǎn)生未焊透，焊接不牢；過大，則容易產(chǎn)生燒穿、咬邊等缺陷，且易使鎢極燒損，焊縫夾鎢。電弧電壓

34、：電弧電壓主要由鎢極至管坯表面的距離決定。越近，電弧電壓低，熔寬減少；反之，電弧電壓高，熔寬增加。焊接速度：由于氬氣保護(hù)是柔性的，當(dāng)焊接速度過快，則氬氣流會產(chǎn)生彎曲，減弱了對鎢極、熔池和電弧的保護(hù)作用，容易產(chǎn)生未焊透、氣孔等缺陷；同時，不利于管子的成型調(diào)整，廢品率高。若焊速太慢，不僅生產(chǎn)效率低，而且易產(chǎn)生燒穿、咬邊等缺陷。氬氣流量：氬氣純度應(yīng)大于99.9%。氬氣流量過小，氣流挺度差，抗干擾能力不強(qiáng)，保護(hù)效果不好；流量過大，則氣體流速大，經(jīng)噴嘴時形成的近壁層流很薄，產(chǎn)生紊流，保護(hù)效果也不好。并且流速過大，帶走電弧區(qū)熱量過多，使電弧燃燒不穩(wěn)定，也浪費(fèi)了氬氣。一般區(qū)815L/min。噴嘴直徑：噴嘴過

35、小，氣體保護(hù)區(qū)小，熔池金屬易被氧化；噴嘴過大，不僅使氬氣消耗增加，而且不便于觀察熔池和操作。一般取錐形陶瓷噴嘴，內(nèi)徑610mm。鎢極直徑：鎢極直徑過大，易引起電弧飄浮與不穩(wěn)定；直徑過小，當(dāng)超過電流容量允許值時，鎢極會強(qiáng)烈發(fā)熱而致使其熔化和揮發(fā)，引起電弧不穩(wěn)定和焊縫夾鎢。一般取d=1.62.4mm。為防止鎢極溫度升高、燒損，采取直流正接法，即管坯接正，焊槍接負(fù)。同時，為便于引弧，并將鎢極磨成約20°的平底錐形，錐底直徑0.50.6mm。鎢極伸出噴嘴23mm。噴嘴至管坯表面的距離：距離越近，保護(hù)效果好，抗側(cè)風(fēng)能力強(qiáng)，并可相應(yīng)減少氣體流量，節(jié)省氬氣；但過近，不便觀察和操作，則易燒損噴嘴。一

36、般取46mm。在上訴諸工藝參數(shù)中，除焊接電流、焊接速度外，其余選定后則基本保持不變或略有變化。在實(shí)際生產(chǎn)中，為提高生產(chǎn)效率，在確保焊接質(zhì)量前提下，如何選取焊接電流和焊接速度就成為整個問題的關(guān)鍵。1.5極化曲線19概念極化曲線是表示電極電位和電流之間關(guān)系的曲線。陽極電位和電流的關(guān)系曲線稱為陽極極化曲線，陰極電位和電流的關(guān)系曲線稱為陰極極化曲線。極化曲線又可分為表現(xiàn)極化曲線和理論極化曲線。表現(xiàn)極化曲線表示在通過外電流（或接觸電偶）時的電位和電流的關(guān)系，亦稱實(shí)測的極化曲線，可借助參比電極實(shí)測出。理論極化曲線表示在腐蝕原電池中，局部陰極和局部陽極的電流和電位變化。在實(shí)際腐蝕中，有時局部陰極和局部陽極很

37、難分開，所以理論極化曲線無法直接測得。任意一個電極的實(shí)測（表現(xiàn)）極化曲線均可分解成為兩個局部極化曲線，即陽極極化曲線和陰極極化曲線。極化現(xiàn)象先觀察在腐蝕介質(zhì)NaCl溶液中侵入兩個不同電極(Cu和Zn）后，腐蝕電池的電流強(qiáng)度隨時間而變化的情況。短路以前，在電極上都建立了某種穩(wěn)定的起始電位和。電池短路時的起始腐蝕電流為： 如果電池的歐姆電阻R很小，那么電池短路后I起始很快下降，并且在經(jīng)過一定時間后建立起比起始值I起始小好多倍的穩(wěn)定值I。電流的減少必然是遇到了阻力。因?yàn)殡姵氐膬?nèi)、外電阻沒有發(fā)生變化，因此這時產(chǎn)生的阻力叫極化作用。測定短路前后電極電位隨時間的變化曲線（見圖1-9）由圖可見。當(dāng)電池強(qiáng)度降

38、低，這必然導(dǎo)致陽極金屬腐蝕速度下降。陰極極化陽極極化IR降（電阻極化）t短路后短路前電池電動勢 圖1-9 電位-時間曲線示意圖極化現(xiàn)象可包括通電后引起的腐蝕電動勢的減少（電池極化）；通電后引起的陰極電位向負(fù)向移動（陰極極化）；廣義的說，也包括溶液IR降造成的電阻極化。極化必須在通電后才會產(chǎn)生，是通電后電位偏離原始狀態(tài)的一種現(xiàn)象，是一種可逆過程，要用動力學(xué)方法加以研究。極化的程度可用極化值或過電位來表示，極化值是極化電位與起始電位之差 過電位是之起始電位為平衡電極電位時的極化值。極化值和過電位也能用來表示為了克服不可逆電極過程中產(chǎn)生的極化，使電極反應(yīng)一定速度進(jìn)行時所必須的附加電位差，即克服此極化

39、所需要的附加推動力。所以，、既可用來量度極化程度以表示腐蝕反應(yīng)阻力的大小，也可用來表示克服此極化所需的附加推動力的大小，兩者在數(shù)值上相等的。正如摩擦力是阻力，為了克服此摩擦所需要的外加推動力在數(shù)值上是與此摩擦力相等的一樣。1.5.3極化原因 腐蝕反應(yīng)的阻力是如何產(chǎn)生的呢？可以陽極極化為例來說明極化的原因。1）由于電化學(xué)反應(yīng)的遲緩性而引起的極化通電后陽極金屬發(fā)生溶解反應(yīng)， 由于電子的移動速度要比正離子的溶解速度快得多，因此電極上有正電荷積累，電極電位正移，產(chǎn)生陽極極化。因?yàn)殡娀瘜W(xué)反應(yīng)的速度與反應(yīng)活化能有關(guān)，因此這種極化叫電化學(xué)極化或活化極化。2）由于擴(kuò)散過程的緩慢而引起的極化通電后，由于溶解在陽

40、極附近的金屬離子擴(kuò)散的緩慢，在電極附近積累了大量正離子，使金屬電位正移，產(chǎn)生陽極極化。這種極化叫濃度極化或擴(kuò)散極化。3）由于表面膜的生成而引起的極化當(dāng)金屬在通電后能在表面形成保護(hù)膜時，能促使金屬進(jìn)入鈍態(tài)后，金屬轉(zhuǎn)變?yōu)殡x子狀態(tài)的原始陽極過程被所形成的鈍化膜所阻滯同時也增加了金屬/溶液的界面電阻，此時陽極電位劇烈地移向正方，這種極化叫電阻極化或鈍化極化。1.6本文研究的主要內(nèi)容針對長春軌道客車公司配件廠生產(chǎn)的材質(zhì)為0Cr18Ni9壁厚為2.0mm的貯水箱滲漏問題，本文主要利用金相顯微分析方法、孔腐蝕實(shí)驗(yàn)和恒電位極化曲線實(shí)驗(yàn)及X-射線衍射測試分析方法，對焊接接頭顯微組織和抗腐蝕行為進(jìn)行了分析研究。通

41、過金相實(shí)驗(yàn)來觀察不同焊接電流試樣的焊縫及HAZ區(qū)的組織形態(tài)，并對各種組織形態(tài)進(jìn)行分析比較；通過硬度測試實(shí)驗(yàn)比較四種焊接工藝參數(shù)焊縫區(qū)、HAZ區(qū)硬度值及HAZ寬度；在孔腐蝕實(shí)驗(yàn)和恒電位極化曲線實(shí)驗(yàn)中，驗(yàn)證了0Cr18Ni9在不同電流下的焊縫及HAZ區(qū)的抗腐蝕性。利用X-射線衍射測試，比較不同電流下焊縫中鐵素體的相對含量與腐蝕性能的關(guān)系。通過以上實(shí)驗(yàn)得出材質(zhì)為0Cr18Ni9貯水箱的最佳焊接工藝參數(shù)，對實(shí)際生產(chǎn)有重要的指導(dǎo)意義。 第二章試驗(yàn)方法、條件及原理2.1焊接方法、材料及規(guī)范焊接材料奧氏體不銹鋼0Cr18Ni9成分及焊絲ER308（H0Cr21Ni10）成分見表2-1，奧氏體不銹鋼的物理特性

42、見表1-1。表2-1焊接材料化學(xué)成分表焊接材料CMnSiCrNiS母材0Cr18Ni90.062.01.017.0-198.0-11焊絲ER308（H0Cr21Ni10）0.031.820.3420.1310.332.1.2焊接方法的選擇從表2-1中0Cr18Ni9化學(xué)成分可知，該不銹鋼含碳量為0.06，不屬超低碳（0. 03 %），且不含穩(wěn)定化元素(Ti,Nb)。根據(jù)金屬熔焊原理及工藝?yán)碚?若焊接線能量過大，熱影響區(qū)敏化溫度區(qū)間時間過長，其焊接接頭易產(chǎn)生焊縫晶間腐蝕和敏化區(qū)腐蝕。由于該不銹鋼本身物理性能的特異性:線膨脹系數(shù)大，導(dǎo)熱系數(shù)小。若焊接線能量過大，則焊接殘余應(yīng)力大，其焊接接頭易產(chǎn)生應(yīng)

43、力腐蝕開裂和熱裂紋。因此，采用了直流TIG焊接設(shè)備進(jìn)行焊接。 2.1.3焊縫接頭形式 這次試驗(yàn)選擇了兩種焊接接頭的形式：角接和對接。接頭的形式如圖2-1、2-2所示。 圖2-1 角接接頭 圖2-2 對接接頭焊接工藝參數(shù)的選取根據(jù)第一章第四節(jié)介紹TIG焊的焊接工藝參數(shù)對焊接質(zhì)量的影響要求確定焊接工藝參數(shù)如下表2-2、2-3。表2-2角接工藝參數(shù)試樣板厚（mm）間隙（mm）鈍邊（mm）坡口角度（°）電極直徑（mm）焊接電流（A）焊接速度（mm/s）焊絲直徑（mm）氣體流量（L/mm）120-2002.4354-61.210-15220-2002.4704-62.06-8320-2002.

44、4804-62.06-8表2-3平焊縫的焊接規(guī)范參數(shù)試樣板厚（mm）間隙（mm）鈍邊（mm）坡口角度（°）電極直徑（mm）焊接電流（A）焊接速度（mm/s）焊絲直徑（mm）氣體流量（L/mm）120-2002.4354-61.210-15220-2002.4604-61.210-15320-2002.4704-62.06-82.2 金相組織觀察實(shí)驗(yàn)2.2.1實(shí)驗(yàn)藥品與設(shè)備（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)備：金相顯微數(shù)碼分析系統(tǒng)EIPOTO Nikon300、砂輪機(jī)、PG-2C型金相拋光機(jī)、吹風(fēng)機(jī)（2）實(shí)驗(yàn)藥品：酒精、腐蝕劑、金相拋光劑、砂紙（3）腐蝕液配方：5gFeCl3 +100ml水+50mlHCl

45、2.2.2實(shí)驗(yàn)試樣制備及觀察在350mm×200mm焊后鋼板的適當(dāng)位置上截取20mm×20mm試樣，將截面處先在砂輪機(jī)上粗磨，再用粒度為280#，400#，600#砂紙細(xì)磨，然后在金相拋光機(jī)上拋光，用水沖洗，再用酒精沖洗，然后將試樣放入腐蝕液中腐蝕，再用酒精沖洗，然后用吹風(fēng)機(jī)吹干。取樣的部位如圖2-3所示。 圖a 平焊縫 圖b 角焊縫 圖2-3 標(biāo)準(zhǔn)取樣位置將制備好的試樣放到金相顯微鏡上，調(diào)整焦距直到可以清晰地看到顯微組織為止。然后對每個試樣的焊縫、HZA區(qū)及母材進(jìn)行組織觀察。得到的組織如圖3-1至3-14所示。2.3 顯微硬度測試 顯微硬度測量原理根據(jù)ISO6507顯微維

46、氏硬度是根據(jù)單位壓痕凹陷面積上承受的載荷，即應(yīng)力值作為硬度值計(jì)量指標(biāo)。維氏硬度壓頭采用了錐面夾角136°的金剛石四方角錐體，壓入角恒定不變使得載荷改變時，壓痕的幾何形狀相似，因此在維氏硬度實(shí)驗(yàn)中，載荷可以任意選擇，而所得硬度值相同，維氏硬度值以符號HV表示，其值可表示為 HV=1854·P/d2圖2-4顯微維氏硬度壓頭從式中可以看出，只要量出對角線d就可求出HV值，單位是kgf/mm。式樣厚度t一般應(yīng)不小于壓痕對角線的1.5倍。本實(shí)驗(yàn)采用的載荷為50g,加載時間為15秒。測得的硬度數(shù)據(jù)如圖3-15至3-20所示。2.3.2實(shí)驗(yàn)藥品與設(shè)備（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)備：恒一顯微硬度FM-70

47、0、砂輪機(jī)、PG-2C型金相拋光機(jī)（2）實(shí)驗(yàn)藥品：酒精、金相拋光劑、砂紙2.3.3實(shí)驗(yàn)試樣制備 在焊接電流分別為35A、60A、70A，焊接接頭為平焊的樣板上截取20mm×20mm三個試樣，然后在砂輪機(jī)上粗磨，再用粒度為280#，400#，600#砂紙細(xì)磨，然后在金相拋光機(jī)上拋光，用水沖洗，再用酒精沖洗，最后用吹風(fēng)機(jī)吹干。焊接接頭為角焊縫的試樣制備亦然。2.3.4顯微硬度實(shí)驗(yàn)過程從焊縫中心開始往母材區(qū)每隔0.1-0.5mm打一點(diǎn)，并在每個試樣的熔合區(qū)及HAZ區(qū)都測了硬度值，然后根據(jù)行走的距離和各點(diǎn)的HV硬度值做出曲線圖。如圖3-15、3-16、3-17、3-18、3-19、3-20所

48、示。2.4焊接接頭點(diǎn)腐蝕實(shí)驗(yàn) 2.4.1點(diǎn)腐蝕機(jī)理Hoar等人提出，點(diǎn)蝕可分為兩個階段，即蝕孔成核（發(fā)生）和蝕孔生長（發(fā)展）。關(guān)于蝕孔成核的原因目前通常有兩種學(xué)說，即鈍化膜破壞理論和吸附理論。（1）鈍化膜破壞理論：這種說法認(rèn)為小孔的發(fā)生是當(dāng)腐蝕性的陰離子（如氯離子）在不銹鋼鈍化膜上吸附后，由于氯離子半徑小而穿過鈍化膜氯離子進(jìn)入膜內(nèi)后“污染了氧化膜”，產(chǎn)生了強(qiáng)烈的感應(yīng)離子導(dǎo)電于是此膜在一定點(diǎn)上變得能夠維持高的電流密度，并能使陽離子雜亂移動而活躍起來，當(dāng)膜-溶液界面的電場達(dá)到某一個臨界值時，就發(fā)生點(diǎn)蝕20,21。（2）吸附理論：認(rèn)為點(diǎn)蝕的發(fā)生是由于氯離子和氧的競爭吸附結(jié)果而造成的。當(dāng)金屬表面上氧的

49、吸附點(diǎn)被氯離子所代替時，形成可溶性金屬-羥-氯鉻物而使膜破壞，點(diǎn)蝕就發(fā)生了這種吸附置換假說可用圖2-5表示。圖中的M表示金屬，在去氣溶液中金屬表面吸附的不是氧分子而是由水形成的穩(wěn)定氧化物離子。ZX-為氯的鉻合物離子?？梢姰?dāng)氯的鉻合物離子一旦取代穩(wěn)定氧化物離子該處吸附膜就被破壞，而發(fā)生點(diǎn)蝕。根據(jù)這一理論認(rèn)為點(diǎn)蝕擊破點(diǎn)位Eb是發(fā)生陰離子可以可逆置換金屬表面上的吸附層的點(diǎn)位。大于Eb值，氯離子在某些點(diǎn)競爭吸附強(qiáng)，該處發(fā)生點(diǎn)蝕。MH+H+O2+MZX- ZX-+H2OMXZZe-+H2OMXZ+Ze-M+ZX-ZX+M(OH)Z+ZH+水解 圖2-5 吸附置換假說示意圖HJ羅申費(fèi)爾等用示蹤原子Cl36

50、的氯化鈉研究了氯離子在鉻表面的吸附作用，以及硫酸鈉對這種吸附作用的影響，其結(jié)果于圖4-6中表明。溶液中沒有Na2SO4時，大量的氯離子吸附在鉻的表面；而當(dāng)Na2SO4含量足夠高時，能完全把氯離子排擠掉。其他的離子特別是OH-，也有類似SO42-的作用，可以減少和抑制Cl-的吸附。2.4.2實(shí)驗(yàn)藥品與設(shè)備 （1）實(shí)驗(yàn)設(shè)備：燒杯、天平、玻璃棒、玻璃皿、鑷子、砂輪機(jī)、PG-2C型金相拋光機(jī)、砝碼、量筒（2）實(shí)驗(yàn)藥品：FeCl3、濃HCl、NaCl、金相拋光劑、砂紙、酒精（3）腐蝕液配方：10gFeCl3 +5g NaCl +2.5m濃lHCl+200mlH2O2.4.3實(shí)驗(yàn)試樣制備 在試板上截取焊接

51、接頭和母材兩種試樣，其尺寸為20mm×20mm焊接接頭試樣的焊縫在試樣中心，其走向垂直于長度方向用金相制樣法磨平、拋光和清洗、烘干2.4.4實(shí)驗(yàn)過程 將制備好的試樣放在玻璃皿中，向器皿中倒入適當(dāng)?shù)牡母g液。記錄起始時間，然后每隔一段時間將試樣取出觀察腐蝕情況，試驗(yàn)的六個試樣都是先在起焊的端部和收弧處出現(xiàn)的腐蝕現(xiàn)象，然后HAZ區(qū)出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，最后是焊縫區(qū)。根據(jù)焊接電流的不同，在試樣各個部位出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象的時間不同，即耐腐蝕性不同。2.5 極化曲線與電化學(xué)腐蝕測試2.5.1 極化曲線實(shí)驗(yàn)原理221、絕對電極電位 一個電極系統(tǒng)的絕對電極電位就是電極材料相與溶液相之間的電位差。每一個電極反應(yīng)的

52、平衡條件可以用電極系統(tǒng)的兩個導(dǎo)體相的內(nèi)電位差或電極系統(tǒng)的絕對電極電位來表征。在一定條件（溫度，壓力，反應(yīng)物的濃度或活度等）下，電極反應(yīng)達(dá)到平衡時，電極系統(tǒng)的絕對電位應(yīng)該等于定值。一個電極系統(tǒng)的絕對電極電位是無法測量的。但可將電極系統(tǒng)的絕對電位的相對變化，用原電池的電動勢反映出來。對于電極反應(yīng)進(jìn)行的方向和速度大小發(fā)生影響的，不是絕對電位本身，而是絕對電位的變化量。2、參比電極為了滿足測量絕對電極電位的相對值，就要選擇一個電極系統(tǒng)來同被測電極系統(tǒng)組成原電池。所選擇的電極系統(tǒng)，電極反應(yīng)要保持平衡，而與該電極反應(yīng)有關(guān)的各反應(yīng)物的化學(xué)位應(yīng)保持恒定，這樣的電極系統(tǒng)被稱為參比電極。有參比電極與被測電極系統(tǒng)組

53、成的原電池的電動勢，被習(xí)慣地稱為被測電極系統(tǒng)的電極電位，寫出電極電位時，一般都應(yīng)說明是用哪種參比電極測得的。3、平衡電極電位（1） 平衡電極電位平衡電極電位是指當(dāng)金屬電極與溶液界面的電極過程建立起平衡時，電極反應(yīng)的電量和物質(zhì)量在氧化，還原反應(yīng)中都達(dá)到平衡的電極電位，所以，在談到電極電位時，總是同一定的電極反應(yīng)相聯(lián)系的。（2） 標(biāo)準(zhǔn)電極電位E叫做標(biāo)準(zhǔn)電位，平常所說的電極電位是指參加電極反應(yīng)的物質(zhì)都處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，即25和1個大氣壓下，測得的電動勢（氫標(biāo)電極做參比電極）的數(shù)值。用不同的參比電極系統(tǒng)對于同被測電極系統(tǒng)所測得的電極電位數(shù)值，互相之間有一個差值，這個差值只決定于參比電極系統(tǒng)。測定了這些差值

54、后，用不同的參比電極測出的電極電位值可以互相換算。4、金屬電化學(xué)腐蝕傾向的判斷23在生產(chǎn)實(shí)踐中，我們經(jīng)常會遇到判斷一個腐蝕過程會不會發(fā)生的問題?？梢圆捎秒姌O電位來判斷。若金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電位比介質(zhì)中某一物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位更負(fù)，則可能發(fā)生腐蝕。反之，則不能被腐蝕。這樣，我們可以方便的利用標(biāo)準(zhǔn)電極電位數(shù)據(jù)判斷金屬腐蝕傾向。例如：鐵在酸中的腐蝕，實(shí)際上是兩個電極反應(yīng) 2H+ + 2eH2 E0H2 = 0.00VFe2+ + 2e Fe E0Fe = -0.44V 由于 E0Fe E0H2 ，所以，鐵在酸中發(fā)生腐蝕。 又如，銅在硫酸中可能發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)有 2H+ + 2eH2 E0H2 = 0.00V Cu2+ + 2eCu E0Cu = 0.337V 12O2 +2H+ +2eH2O E0O2 = 1.22V由于 E0H2 E0Cu E0O2 ，銅在不含氧酸中不會被腐蝕，在含氧酸中則發(fā)生腐蝕。上面都是用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的電極電位值比較而言的，倘若不在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，例如溶液中的離子活度不為1，溫度不為25，上述的電動次序一般不會有多大變動。因?yàn)榛疃葘﹄姌O電位的影響一般不是很大。只