考核18-8型钢焊接接头抗腐蚀性能的模拟液罐

      有企业曾专门制造了一个模拟液罐来考核不锈钢焊接接头的耐蚀性。模拟液罐是由罐身5、罐底8和上盖1组成。上盖装有注排液孔3和呼吸阀2，注排液孔连通一根与上盖成一体的管道直通罐底，以供注排液体时使用：呼吸阀接头与外界相通，以确保罐内气压均衡。罐身中部设置液面观察孔4，且在盖上增设导电探针装置，以正确指示液体的位置。罐内装有挂片架6，在液相和气相中悬挂各种焊接试验挂片7，作为考核焊接接头腐蚀性能之用。罐内储放浓度（质量分数）为90%以上的硝酸溶液。液罐在室内固定，温度随四季气候变化，无保暖和降温装置，室内最高温度为35℃，最低温度为- 10℃。

    模拟液罐的焊缝全长为llm。液罐和焊接试板的焊接接头有直缝、环缝和T形焊缝，均为对接焊缝。所用钢板的牌号为1Cr18N19、1Cr18Ni9Ti和OOCr19Nil0等3种，板材厚度为3min焊接方法有焊条电弧焊、填充和不填充焊丝钨极手工氩弧焊以及自动送丝和不送丝的钨极氩弧焊。使用的焊接材料为辉条有上焊56T、太原SN -4、天津TAB18 - 8C、TAB18 -Nbc、日本NcF - 08L0和瑞典OKR210S等牌号辉丝有1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti和OOCr18Ni9等牌号。

    模拟液罐用上述不同牌号的钢板、焊接方法和焊接材料焊成。焊接试板的焊接接头形式与焊接模拟液罐相同，将相同焊接试板制成两组焊接试样分别悬挂在液相和气相的挂片支架上，且焊接试板比液罐多一项试验项目，即焊后需进行热处理来考核其耐蚀性。模拟液罐与焊接试板的焊接参数相同，选用小的热输入（即在保证焊接质量前提下，采用较小的焊接电流快速焊）。

    模拟液罐（包括支架上挂片）经过七年半的寿命存放来考核其耐蚀性，从考核试验中得

知：

    (1)不同钢材、焊接方法、焊材的腐蚀情况不管选用何种牌号3nun厚的钢板，采用何种焊接方法和选用不同的焊接材料，以及经过不同温度热处理的模拟液罐和焊接试件的焊缝经过七年半的寿命考核，在质量分数为90%以上浓硝酸的液相和气相中没有发生焊缝腐蚀泄漏和腐蚀穿通现象，但存放在液相的焊缝耐蚀性均高于存放在气相的焊缝。

    对模拟液罐中所有焊缝，经七年半寿命考核后全部补充做了X射线元损探伤检测，发现有40%焊缝内部均有不同程度的未焊透、气孔和夹渣。只要腐蚀反应界面未达到缺陷部位，缺陷对晶间腐蚀和刀状腐蚀没有任何影响。

    (2)模拟液罐内壁处于液相线以下的焊缝和液相以下的焊接试样挂片  其焊缝表面和母材金属一样都覆盖着一层黑色膜层。焊缝金属、熔合线和热影响区等部位与母材金属一样，均无明显的腐蚀痕迹。

    (3)模拟液罐内壁处于液相线以上（即气相）的腐蚀情况通过悬挂在气相中焊接试样的挂片进行分析：

    1)焊接方法的比较选用1Cr18Ni9和1Cr18N19Ti钢板，进行焊条电弧焊施焊时，无论是单面焊双面成形，还是双面焊的焊缝其耐腐蚀能力均优于手工钨极氩弧焊在手工钨极氩弧焊中，填丝手工钨极氩弧焊双面焊的焊缝抗腐蚀能力不低于填丝手工钨极氩弧焊单面焊双面成形的焊缝。耐腐蚀性能最差的要算不加填丝的手工钨极氩弧焊，这一现象可以通过焊接接头遭受敏化温度区(450 - 800℃)持续时间来解释。众所周知，焊条电弧焊所形成的焊缝，是通过焊条本身电弧热量来熔化焊芯、药皮和焊件而得到的，它是一种高温短时间加热过程，焊接速度比较快，而手工钨极氩弧焊焊接速度较慢，热输入较大，特别是不加填丝的手工钨极氩弧焊，其焊缝全靠母材熔化来形成。手工钨极氩弧焊时，首先钨极电弧要对焊件缓慢加热，待焊处逐渐达到熔融状态，熔化后形成熔池，才能得到焊缝。它比焊条电弧焊形成焊缝的时间要长，焊接速度也慢，这样它所形成的焊接接头遭受敏化温度区段时间要长，其耐腐蚀性能肯定不如焊条电弧焊的焊接接头。

    在气相焊接挂片上还看到，用相同的ICr18N19Ti不锈钢的钢板，对填丝(ICr18Ni9Ti)和不填丝的自动钨极氩弧焊的焊缝进行比较，填丝的焊缝耐腐蚀性能很差，表面已经发黑而且毛糙不加填丝的焊缝耐腐蚀性能更差，且有刀状腐蚀出现。超低钢OOCr19Nil0不锈钢板选用1Cr18Ni9和OOCr18N19焊丝进行上述焊接方法施焊，其挂片焊接试样耐腐蚀性能有所提高，且没有出现刀状腐蚀倾向。这是由于在焊接热影响区没有稳定化元素的缘故。

    用1Cr18Ni9或1Cr18Ni9Ti同一种钢板，一面焊缝选用ICr18Ni9Ti焊丝进行手工钨极氩弧焊接，另一面焊缝选用焊条电弧焊接的双面焊缝。不管手工钨极氩弧焊焊接接头在焊缝的正面还是在焊缝背面，都是手工钨极氩弧焊焊缝耐腐蚀性能差，在气相挂片中还出现了刀状腐蚀。这就证实了焊接接头遭受敏化温度区段时间长和含有稳定化元素的焊接接头易形成刀状腐蚀的解释。

    2)不同牌号焊条对同一成分的ICr18Ni9Ti不锈钢板进行焊条电弧焊时的影响  所焊的焊接接头均具有良好的耐腐蚀性能，没有发现严重的刀状腐蚀。相比而言，超低碳18 -8型不锈钢焊条(太原SN -4、天津TAB18 - 8C和日本NCF - 08L)所焊成的焊接接头耐蚀性能最好。含有铌的18 -8型不锈钢焊条(上焊56T、天津TAB18 - 8NbC和瑞典OKR20IS)焊成的焊缝，其表面均匀腐蚀稍为严重些经过七年半的寿命考核，证明了含有稳定化元素的焊条和含有稳定化元素的不锈钢钢板，具有一定的刀状腐蚀的倾向，其腐蚀深度只有0. 185nun。

    用同一成分的超低碳OOCr19Nil0不锈钢板，选用不同成分的焊条进行焊接时，即使是用含铌的18-8型不锈钢焊条所焊成的焊接接头，无论在液相还是在气相的质量分数为90%以上的硝酸溶液中进行腐蚀寿命考核，都没有发现刀状腐蚀倾向。这与在试验室条件下用硝酸沸腾法做腐蚀试验时，所得到的结论相同。这也说明了焊接接头的热影响区没有稳定化元素的结果。

    3)试样焊后热处理与焊后自然状态下耐腐蚀性能试验的对比  选用同一成分的1Cr18Ni9Ni不锈钢钢板采用上焊56T焊条进行焊条电弧焊，然后将同一种焊接试样进行不同温度的焊后热处理与焊后自然状态耐腐蚀性能试验的对比经过七年半的腐蚀寿命考核，焊后自然状态（即焊后不进行任何热处理）的焊接试样挂片，在气相条件下，最深的刀状腐蚀深度为0. 14nun，折合年腐蚀率为0.0186nun/年：焊后进行固溶处理(1050℃，保温30min)和稳定化处理(880℃，保温3h)的焊接试样，在气相腐蚀条件下，由于稳定化元素的影响，其刀状腐蚀最深处小于0. 09inn，折合年腐蚀率为0.013nun/年辉后敏化处理(650℃，保温2h)的焊接试样挂片，在气相腐蚀条件下，刀状腐蚀已在熔合线上接近腐蚀穿通(焊接试样厚板2．5 -2.6nun)。通过焊接试样还可观察到：稳定化处理的焊接接头在焊缝及热影响区的均匀腐蚀较为明显，而敏化处理的焊缝腐蚀更为严重。

    超低碳OOCr19Nil0不锈钢板用ICr18Ni9Ti焊丝进行手工钨极氩弧焊所焊的焊接接头，在焊后不同热处理状态下，用焊接试样挂片进行腐蚀试验。尽管手工钨极氩弧焊的焊接方法对耐腐蚀性能不利，但所焊成的焊接接头试样，焊后进行上述三种不同温度的热处理后均未发现刀状腐蚀，这也是正常现象。这证实了钢板中没有稳定化元素起有害作用。敏化处理的超低碳OOCr19Nil0不锈钢的手工钨极氩弧焊焊缝，其均匀腐蚀十分严重，证实了敏化温度对它的有害影响。

    (4)焊缝的弧坑没有填满，有弧坑腐蚀现象在工艺上一定要求收弧时焊接材料应将弧坑填满或者将收弧处引到工艺板上。

(5)克服刀状腐蚀的途径采用超低碳不锈钢板是克服焊接接头刀状腐蚀的最好途径。

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