刍议焊接对金属材料腐蚀的影响

李维斌

【摘要】由于金属材料在焊接加工的过程中，焊接的接头和焊件接触的区域在性能与化学成分方面可能会发生很大的变化，因此在焊接的过程中就会对材料的腐蚀性能造成非常大的影响，而在焊接的接头处一般是腐蚀比较复杂和恶劣的区域。本文首先就焊接缺陷的定义和分类、焊接缺陷产生的原因、对焊件的影响以及防止的措施进行了阐述，接着分析了焊接对于金属材料造成的腐蚀影响，最后提出了减小焊接对于金属材料腐蚀性能的对策。

【关键词】焊接缺陷 金属材料腐蚀 对策

中图分类号： TQ441.41文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）08（b）-0000-00

金属材料一般发生缝隙腐蚀是由焊接过程中缝隙的大小、介质的滞流状态以及腐蚀的特性等等各方面的因素导致的，但是最为主要的还是由于焊接表面的缺陷给金属材料发生缝隙腐蚀提供了必要的场所。因此，焊接的缺陷对于金属材料的腐蚀是非常重要的。

一、焊接缺陷的定义和分类

（一）定义

一般定义：在焊接的过程中由于焊接的接头中产生的金属不连续、不致密以及出现连接不良的现象。

工程定义：在焊接的过程中焊接的接头里出现了与设计文件以及工艺要求不相符合的缺陷。

（二）分类

一般按照缺陷的性质可以分为：裂纹、没有焊透、没有熔合、气孔、咬边、焊瘤、焊接变形、焊接的缝隙不良、焊缝的尺寸不符合要求、白点等等。

按照焊接缺陷的文职可以分为外观的缺陷、内部的缺陷以及其他的缺陷。外观的缺陷常见的是咬边、没有焊满、烧穿、表面有裂纹、表面没有焊透等等。内部的缺陷常见的有裂纹、没有熔合、没有焊透、气孔等等。其他的缺陷常见的有焊缝化学成分或组织不符合要求以及白点等等。

二、焊接缺陷产生的原因、对焊件的影响以及防止的措施

（一）外观的缺陷

1、咬边就是指焊缝边缘母材上被电弧烧熔的凹槽。由于在焊接的过程中焊工没有按照相应的规范导致操作不当而引起的，这样会导致焊件承载能力的降低，对于低温工况部件和高强材料部件容易诱发腐蚀和裂纹。需要焊工在焊接的过程中严格按照规范来进行正确的操作。

2、没有焊满就是指焊缝表面上连续的或者断续的低于母材的沟槽。一般造成没有焊满的根本原因是填充的金属不足，这样就会让焊件的承载能力减少，非常容易产生应力集中。这就需要在焊接的时候加大焊接的电流，加焊盖面焊缝。

3、烧穿就是指在焊接的过程中由于熔深超过了工件厚度，熔化金属自焊缝背面流出，而形成的穿孔性缺陷。一般都是由于焊接的电流太大，速度太慢，电弧停留时间过长而导致的。这样会完全破坏焊缝，使接头丧失连接和承载能力。这就需要焊工在焊接的过程中合理操作，尽量减少间隙。

（二）气孔

焊接熔池中的气体没有在金属凝固前逸出，而是残存于焊缝之中而形成的空穴导致气孔的出现。由于焊材的原因、焊件没有清理干净、焊工的操作不当以及焊接的时候熔池没有保护好都会导致气孔的出现，会使焊件承载力的能力减少，严重的深孔还会导致泄露，尤其是压力产品容器，是不允许表面有气孔出现的。在焊接过程中要把焊件表面生锈、杂物、水清理干净，焊条焊剂要烘干，焊前要预热，就能很好的防止气孔的产生。

（三）裂纹

裂纹是由于焊缝里原子结合遭到了破坏，而形成新的界面产生的缝隙。裂纹按照发生的时机和条件可以分为冷裂纹、热裂纹、层状裂纹以及再热裂纹。冷裂纹一般都是在焊接完成之后的一段时间才会出现，有可能是几小时，几天甚至几个月的时间，所以又被称之为延迟裂纹；热裂纹一般都是在焊接完成之后就会马上出现，又叫做结晶裂纹，主要就是发生晶界，裂纹上面有氧化色会让金属失去光泽；层状裂纹主要是在具有丁字接头以及角接头比较大的构件上，沿着钢板的轧制方向出现的阶梯状裂纹，其在本质上是属于冷裂纹；再热裂纹是由于接头在冷却之后然后又在加热到500到700摄氏度的时候而产生的裂纹，它会产生沉淀强化的材料，比如Cr、M、Ti、Nb的金属。

裂纹是焊接缺陷里危害性最大的，它是一种面积性的缺陷，对于承载面积减少有非常显著的作用，应力高度的集中以及尖锐的缺口效应非常容易扩展从而导致金属容器的破坏。尤其是冷裂纹，其危害是非常可怕的，冷裂纹具有延迟性快速脆断的特性，带来的危害一般都是灾难性的，并且压力容器事故很大一部分都是由于裂纹而引起的脆性破坏。

在所有的裂缝中冷裂纹的危害是最大的，一般形成冷裂纹有3个主要的基本条件：一是焊接接头形成淬硬组织；二是扩散氢的存在与浓集；三是存在较大的焊接拉伸应力。冷裂纹通常在焊接低合金高强度钢、中碳钢以及合金钢等等易淬火钢的时候非常容易发生。一般都发生于比较低的温度，焊接以后的一段时间内，主要发生于热影响区和焊缝区，造成的破坏都是典型的脆断。因此，在焊接的过程中要采取使用低氢型碱性的焊条，必须要烘干；要进行预热，严格的控制层间的温度不能够低于预热的温度，合理的运用焊接规范，避免在焊缝里淬硬组织的出现；严格按照焊接的顺序进行操作，尽量避免焊接变形与焊接应力；在焊接完成以后要及时的进行消氢热的处理。

（四）没有焊透和没有熔合

没有焊透就是指母材和木材之间，没有被电弧所熔化从而留下的空隙。没有熔合就是焊缝金属和母材之间，焊缝金属之间没有完全的熔合在一起。没有焊透和没有熔合主要都是由于在焊接的过程中焊工没有按照正确的规范进行操作，导致焊缝的整个界面没有完全的焊透和熔合，二个都是非常严重的焊接缺陷。

三、焊接对于金属材料造成的腐蚀

第一，在焊接的过程中造成的表面缺陷，比如裂纹、没有焊透、没有熔合、气孔、咬边、焊瘤、焊接变形等等，都会让金属和母材之间导致缝隙的形成。在焊接的时候喷溅也会导致金属粒与母材之间相互接触的位置形成缝隙。如果在电解质溶液氯化钠水溶液里，这些形成的缝隙处就会导致缝隙腐蚀的发生。

第二，在进行碳钢的焊接过程里，会有很多的非金属夹杂物产生，比如氧化物、硫化物以及氮化物。这些非金属夹杂物会在很大程度上提升热裂纹与脆性的倾向，这样一来就会降低焊缝的耐腐蚀性以及塑性。特别是硫化物一般都是由于焊剂带入，绝大多数都是以MnS的形式存在，而MnS属于是活性夹杂物。因此，在进行不锈钢材料的焊接的时候，会由于加热、冷却的过程中给热影响区带来结构以及成分的变化，就会导致这类的材料晶界间的腐蚀倾向变大。

第三，通过从腐蚀的角度来看，焊缝区由于是一对接触电池。不一样的金属材料在一起接触，又放在腐蚀介质里，有一部分电极电位低的材料为阳极，就会发生腐蚀溶解。因此，焊接接头处由于成分的不均性就会导致选择性腐蚀的发生。

第四，焊接过程中焊接所产生的残余应力是导致材料应力腐蚀的关键原因。通常钢板在进行焊接之后，剩余应力的最大值会和母材的屈服极限值接近。应力腐蚀破裂裂纹一般都是和拉伸的最大应力想垂直。所以直接导致裂纹的应力就是最大主应力。如果和主应力相垂直的最小主应力越大，裂纹发生的时间就会更早。如果焊接几何形状的偏差导致应力集中，也会提升应力腐蚀的倾向。

第五，对于应力腐蚀影响比较大的就是焊接接头处组织的变化，一般这种影响会由于腐蚀环境的不一样而有所不同。比如奥氏体不锈钢的焊接接头的原熔融部位里面含有的铁素体如果在盐酸溶液里，就会成为优先腐蚀的对象，非常容易形成网状裂纹。而在热影响区中沿着晶界间析出的碳化铬在氯化钠水溶液等类型的腐蚀环境里，就会导致钢材晶界间应力腐蚀的抗力效果明显的减低。

四、减小焊接对于金属材料腐蚀的对策

在整个焊接过程中，对于金属材料腐蚀的影响是很复杂的，也是不可避免的，只能尽量减少焊接对于金属材料腐蚀的影响，所以除了要控制好焊接过程中焊接的缺陷以及残余应力外，还要根据腐蚀的环境进行合理的选材以及使用最好的焊接工艺。对于碳钢的焊接就要采用和母材类型一样的焊接填充金属；对于不锈钢来说，主要就是要充分地考虑在焊接的过程中如何去消除因为碳化铬析出而导致的晶界间腐蚀。要想很好的解决这一问题，就可以在焊接的时候通过焊芯的成分来对于焊缝处的合金成分进行调节，让热影响区没有碳化铬析出。比如，可以降低碳的含量、延长正火的时间以及加入稳定的碳化物形成钛元素和钼元素来达到晶界间腐蚀的避免。加入镍元素和氮元素可以加快碳化物的析出，延迟间隙相析出。尽量降低硅元素的含量，因为硅元素会促进碳化物和间隙相的析出。因此，通过这些合金元素之间的互相作用，可以有效的让碳化铬和间隙相在焊接的过程中不析出，耐腐蚀性能等到很大的提高。

结束语：

通过上文分析可知，很多的压力容器和化工设备都必须要进行焊接加工，焊接的焊缝和热影响区的腐蚀性能好不好，会直接影响到生产以及人员的生命安全。所以要把焊接过程中可能对金属材料产生腐蚀影响的各种因素充分的考虑进去，而这对生产安全具有十分重要的意义。

参考文献：

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