CN102042950A - 一种用微区腐蚀电流密度测量焊管沟槽腐蚀敏感性的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用微区腐蚀电流密度测量焊管沟槽腐蚀敏感性的方法，包括以下步骤：(1)对焊管的焊缝组织进行金相观察，划分出熔合线与基材的微区，利用AB胶在显微镜下封出各微区或者利用电火花纵向切割分离出各微区，获得极化曲线测量试样；(2)采用恒电位/恒电流仪测量各微区的极化曲线；(3)计算自腐蚀电流密度，得到熔合线和基材各自的自腐蚀电流密度；(4)由熔合线和基材的自腐蚀电流密度值可得到二者的比值β＝i熔/i基。本发明极大地缩短了焊管沟槽腐蚀性能测量试验周期，起到了快速评价的效果；同时由于电化学测量精度高，避免了采用金相测量试样平均腐蚀深度和沟槽深度所带来的物理测量误差，使得测量结果更为准确可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种对材料的耐气候、耐腐蚀、或耐光照性能的测量方法领域，领域，尤其涉及一种采用微区腐蚀电流密度测量焊管产品焊缝沟槽腐蚀敏感性的快速、准确测量方法。
背景技术
HFW(高频电阻焊)是指利用10～500kHz的高频电流，进行焊接的一种电阻焊方法。其工作原理是利用高频电流的集肤效应使其在流经焊件时，在焊件表面产生电阻加热，并在施加(或不施加)顶锻力的情况下，使焊件金属间实现相互连接的一种焊接方法。常用于管子纵缝的对接。
高频电阻焊接具有下列特点：
1、由于电流高度集中在焊接区，加热速度极快，因而焊接速度可高达150～200m/min。
2、因焊接速度快，焊件自冷作用强，故不仅热影响区小，而且还不易发生氧化，因而焊缝的组织和性能十分优良。
3、焊前焊件表面可以不进行清理工作，因而提高了效率。
4、可以焊接的金属种类广，产品的形状规格多。
HFW(高频电阻焊)与其他焊接方法不同，由于焊接时不使用焊接金属，焊缝处的合金元素含量及周围的组织将发生改变，使得与其他焊接工艺相比HFW焊管的焊缝更容易发生沟槽腐蚀，因此用户在选用HFW焊管产品时均要求焊管生产企业提供相关产品的焊缝沟槽腐蚀性能数据。
而现在对HFW焊管产品的沟槽腐蚀性能如何评价，国内外尚无统一的评价标准或规范。现有技术下曾使用到一种恒电位电解评价方法：将焊管试样在3.5％NaCl溶液中外加电位-550mV/SCE加速电解腐蚀144h，测定沟槽腐蚀系数α(α＝1+h2/h1，h2为腐蚀沟槽深度，h1为试样按失重计算所得平均腐蚀深度)，并将α＝1.3作为判定焊缝耐沟槽腐蚀性能的临界值，即α≤1.3为沟槽腐蚀性能合格。
但是现有技术存在两方面的不足：
(1)由于加速腐蚀电位值固定，而实际焊管基材的腐蚀电位存在明显差异，常常导致测量结果不可靠；
(2)是测量时间过长，影响焊管产品性能检测周期。
综上所述，现迫切需要一种能快速、准确的焊管产品沟槽腐蚀敏感性评价方法。
发明内容
为了解决上述问题，本发明不同于已有的恒电位电解加速的HFW焊管沟槽腐蚀系数评价方法，而依据焊管沟槽腐蚀行为和已有评价方法中沟槽腐蚀系数α的含义，分别测量焊管试样焊缝熔合线和基材不同区域的极化曲线，得到相应的自腐蚀电流密度，采用熔合线和基材的自腐蚀电流密度的比值表征焊管的沟槽腐蚀敏感性。本发明具体步骤如下所述：
一种用微区腐蚀电流密度测量焊管沟槽腐蚀敏感性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对焊管的焊缝组织进行金相观察，划分出熔合线与基材的微区，利用AB胶在显微镜下封出各微区或者利用电火花纵向切割分离出各微区，获得极化曲线测量试样；
(2)采用恒电位/恒电流仪测量各微区的极化曲线；
(3)计算自腐蚀电流密度，得到熔合线和基材各自的自腐蚀电流密度；
(4)计算比值β＝i熔/i基。
根据本发明的一种用微区腐蚀电流密度测量焊管沟槽腐蚀敏感性的方法，其特征在于，在所述的步骤(2)中，
测量装置为普林斯顿283恒电位/恒电流仪，测量介质采用浓度为1％～5％NaCl溶液；测量介质温度范围为15℃～60℃；测量介质的pH值范围为6.0～8.0；测量前浸泡时间范围为5min～60min；极化电位扫描范围为-1.5V～0.5V；电位扫描速率范围为0.05mV/s～1mV/s。
根据本发明的一种用微区腐蚀电流密度测量焊管沟槽腐蚀敏感性的方法，其特征在于，
优选的是，测量介质采用浓度为3％～3.5％NaCl溶液；
优选的是，测量介质温度范围为20℃～30℃；
优选的是，测量介质的pH值范围为7.0～7.5；
优选的是，测量前浸泡时间范围为10min～15min；
优选的是，极化电位扫描范围为-0.9V～-0.3V；
优选的是，电位扫描速率范围为0.1mV/s～0.2mV/s。
根据本发明的一种用微区腐蚀电流密度测量焊管沟槽腐蚀敏感性的方法，其特征在于，在所述的步骤(3)和步骤(4)中所述的计算自腐蚀电流密度和计算比值β＝i熔/i基，具体为取熔合线的自腐蚀电流密度值i熔和基材的自腐蚀电流密度值i基，解析后所得的极化曲线，得出比值β＝i熔/i基。
解析极化曲线采用了利用相关计算软件的办法，相关计算软件为Powersuit或者Origin解析所得的极化曲线，Powersuit或Origin，该软件均为涉及电化学研究方法，并与电化学仪器配套使用的软件。
β＝i熔/i基，以此表征产品的沟槽腐蚀性能，由于β和α本质上均反映的是熔合线与基材腐蚀速率的差异，因此β系数依旧采用1.3作为判定焊管沟槽腐蚀性能合格与否的临界值，即β小于或等于1.3为合格。
使用本发明获得如下有益效果：
1.本发明的用微区腐蚀电流密度测量焊管沟槽腐蚀敏感性的方法所用总的测量时间不超过5h，其中电化学测量和数据处理仅需30min；而原有恒电位电解测量方法总耗时需150h以上，电解加速腐蚀有效时间为144h。二者对比，本发明极大地缩短了焊管沟槽腐蚀性能测量试验周期，起到了快速评价的效果；
2.本发明的用微区腐蚀电流密度测量焊管沟槽腐蚀敏感性的方法由于电化学测量精度高，避免了采用金相测量试样平均腐蚀深度和沟槽深度所带来的物理测量误差，使得测量结果更为准确可靠。
附图说明
图1为本发明的一种用微区腐蚀电流密度测量焊管沟槽腐蚀敏感性的方法的所使用的普林斯顿283恒电位/恒电流仪的具体结构示意图；
图2为待测的HFW焊管焊缝区金相组织概况图；
图3为使用本发明的一种用微区腐蚀电流密度测量焊管沟槽腐蚀敏感性的方法测得的X70钢HFW焊管微区的极化曲线；
图4为X70钢HFW焊管焊缝试样144h加速腐蚀后截面金相图；
图5为使用本发明的一种用微区腐蚀电流密度测量焊管沟槽腐蚀敏感性的方法测得的X60钢HFW焊管微区的极化曲线；
图6为X60钢HFW焊管焊缝试样144h加速腐蚀后截面金相图；
图7为使用本发明的一种用微区腐蚀电流密度测量焊管沟槽腐蚀敏感性的方法测得的X52钢HFW焊管微区的极化曲线；
图8为X52钢HFW焊管焊缝试样144h加速腐蚀后截面金相图。
图中：1-导线；2-排气孔；3-接线柱；4-拧紧螺栓；5-溶液注入口；6-树脂6；7-试样；8-溶液排出开口；9-胶皮软管；10-夹具；11-饱和甘汞电极；12-石蜡；13-防滑套；14-鲁金毛细管插口；15-有机玻璃外盖；16-有机玻璃容器；17-704密封胶；18-片状石墨电极；19-鲁金毛细管；20-测量用电解液。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的用微区腐蚀电流密度测量焊管沟槽腐蚀敏感性的方法做进一步的说明。
实施例1
以X70钢HFW焊管产品为例，本发明具体操作步骤如下：
(1)微区划分
首先对拟评价焊管试样的焊缝组织进行金相观察，如图2所示(图2为待测的HFW焊管焊缝区金相组织概况图，可作为参照图，下同)，区分出X70钢焊缝区域的熔合线与基材利用电火花切割分离出熔合线和基材区域，根据试样的具体情况，熔合线区域的大小为15mm×1mm，基材大小为15mm×7mm，厚度与管样相同，该试样熔合线的实际宽度约为200μm，故须对切割好的熔合线试样进一步打磨，使其宽度从1mm降到200μm以下，以确保测量试样仅限于熔合线部位。
(2)试样镶封
将切割和打磨的试样7经常规表面清洗，焊接导线1(该导线带绝缘层，下同)后用树脂6等镶料进行镶封。上述熔合线试样15mm×200μm和基材试样15mm×7mm的端面为测量面，在极化曲线测量前均经砂纸连续打磨，以便确保试样表面状态一致。
(3)极化曲线测量：采用如图1所示的普林斯顿283恒电位/恒电流仪进行极化曲线测量。
测量参数如下：
测量用电解液20采用pH值为7、温度为25℃、3.5％NaCl溶液。首先在电解池中注入溶液，将工作电极(试样7，下同)、饱和甘汞电极11和片状石墨电极18按图1安装到位，然后将测量试样在溶液中浸泡15min，开启电化学设备，进行极化曲线测量。扫描速率选用0.167mV/s，极化电位范围选用-0.9V～-0.3V。
(4)求解腐蚀电流密度
如图3所示的X70钢HFW焊管微区极化曲线，根据此图利用Powersuit或Origin软件解析以上所得极化曲线(该两种软件均为涉及电化学研究方法，并与电化学仪器配套使用的软件，下同)，进行塔菲尔拟合，得到熔合线和基材各自的自腐蚀电流密度分别为i熔＝2.382×10-5A/cm2和i基＝1.991×10-5A/cm2，由此得到它们的比值β＝i熔/i基＝1.20。这一结果与图4所示的实验室144h加速腐蚀测量(电位优化后的测量方法)所得的结果α＝1+0.21/0.95＝1.22非常一致，表明该方法可以可靠、有效地评价HFW焊管的沟槽腐蚀性能。
实施例2
以X60钢HFW焊管产品为例，本发明具体操作步骤如下：
(1)微区划分
首先对拟评价焊管试样的焊缝组织进行金相观察，如图2所示，区分出X60钢焊缝区域的熔合线与基材。利用电火花切割分离出熔合线和基材区域，根据试样的具体情况，熔合线区域的大小为15mm×1mm，基材大小为15mm×7mm，厚度与管样相同，该试样熔合线的实际宽度约为200μm，故须对切割好的熔合线试样进一步打磨，使其宽度从1mm降到200μm以下，以确保测量试样仅限于熔合线部位。
(2)试样镶封
将切割和打磨的X60钢试样经常规表面清洗，焊接导线1后用树脂6等镶料进行镶封。上述熔合线试样15mm×200μm和基材试样15mm×7mm的端面为测量面，在极化曲线测量前均经砂纸连续打磨，以便确保试样表面状态一致。
(3)极化曲线测量：采用如图1所示的普林斯顿283恒电位/恒电流仪进行极化曲线测量。
测量参数如下：
测量用电解液20采用pH值为7、温度为25℃、3.5％NaCl溶液。首先在电解池中注入溶液，将工作电极(试样7)、饱和甘汞电极11和片状石墨电极18按图1安装到位，然后将测量试样在溶液中浸泡15min，开启电化学设备，进行极化曲线测量。扫描速率选用0.167mV/s，极化电位范围选用-0.9V～-0.3V。
(4)求解腐蚀电流密度
如图5所示的X60钢HFW焊管微区极化曲线，根据此图利用Powersuit或Origin软件解析以上所得极化曲线，进行塔菲尔拟合，得到熔合线和基材各自的自腐蚀电流密度分别为i熔＝3.911×10-5A/cm2和i基＝3.724×10-5A/cm2，由此得到它们的比值β＝i熔/i基＝1.05。这一结果与图6所示的实验室144h加速腐蚀测量(电位优化后的测量方法)所得的结果α＝1+0.07/1.02＝1.07非常一致，表明该方法可以可靠、有效地评价HFW焊管的沟槽腐蚀性能。
实施例3
以X52钢HFW焊管产品为例，本发明具体操作步骤如下：
(1)微区划分
首先对拟评价焊管试样的焊缝组织进行金相观察，如图2所示，区分出X52钢焊缝区域的熔合线与基材。利用电火花切割分离出熔合线和基材区域，根据试样的具体情况，熔合线区域的大小为15mm×1mm，基材大小为15mm×7mm，厚度与管样相同，该试样熔合线的实际宽度约为200μm，故须对切割好的熔合线试样进一步打磨，使其宽度从1mm降到200μm以下，以确保测量试样仅限于熔合线部位。
(2)试样镶封
将切割和打磨的X52钢试样经常规表面清洗，焊接导线1后用树脂6等镶料进行镶封。上述熔合线试样15mm×200μm和基材试样15mm×7mm的端面为测量面，在极化曲线测量前均经砂纸连续打磨，以便确保试样表面状态一致。
(3)极化曲线测量：采用如图1所示的普林斯顿283恒电位/恒电流仪进行极化曲线测量。
测量参数如下：
测量用电解液20采用pH值为7、温度为25℃、3.5％NaCl溶液。首先在电解池中注入溶液，将工作电极(试样7)、饱和甘汞电极11和片状石墨电极18按图1安装到位，然后将测量试样在溶液中浸泡15min，开启电化学设备，进行极化曲线测量。扫描速率选用0.167mV/s，极化电位范围选用-0.9V～-0.3V。
(4)求解腐蚀电流密度
如图7所示的X52钢HFW焊管微区极化曲线，根据此图利用Powersuit或Origin软件解析以上所得极化曲线，进行塔菲尔拟合，得到熔合线和基材各自的自腐蚀电流密度分别为i熔＝3.176×10-5A/cm2和i基＝2.412×10-5A/cm2，由此得到它们的比值β＝i熔/i基＝1.32。这一结果与如图8所示的实验室144h加速腐蚀测量(电位优化后的测量方法)所得的结果α＝1+0.42/1.19＝1.35非常一致，表明该方法可以可靠、有效地评价HFW焊管的沟槽腐蚀性能。
本发明的用微区腐蚀电流密度测量焊管沟槽腐蚀敏感性的方法所用总的测量时间不超过5h，其中电化学测量和数据处理仅需30min；而原有恒电位电解测量方法总耗时需150h以上，电解加速腐蚀有效时间为144h。二者对比，本发明极大地缩短了焊管沟槽腐蚀性能测量试验周期，起到了快速评价的效果；同时由于电化学测量精度高，避免了采用金相测量试样平均腐蚀深度和沟槽深度所带来的物理测量误差，使得测量结果更为准确可靠。
Claims (4)
1.一种用微区腐蚀电流密度测量焊管沟槽腐蚀敏感性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对焊管的焊缝组织进行金相观察，划分出熔合线与基材的微区，利用AB胶在显微镜下封出各微区或者利用电火花纵向切割分离出各微区，获得极化曲线测量试样；
(2)采用恒电位/恒电流仪测量各微区的极化曲线；
(3)计算自腐蚀电流密度，得到熔合线和基材各自的自腐蚀电流密度；
(4)计算比值β＝i熔/i基。
2.如权利要求1所述的一种用微区腐蚀电流密度测量焊管沟槽腐蚀敏感性的方法，其特征在于，在所述的步骤(2)中，
测量装置为普林斯顿283恒电位/恒电流仪，测量介质采用浓度为1％～5％NaCl溶液；测量介质温度范围为15℃～60℃；测量介质的pH值范围为6.0～8.0；测量前浸泡时间范围为5min～60min；极化电位扫描范围为-1.5V～0.5V；电位扫描速率范围为0.05mV/s～1mV/s。
3.如权利要求2所述的一种用微区腐蚀电流密度测量焊管沟槽腐蚀敏感性的方法，其特征在于，测量介质采用浓度为3％～3.5％NaCl溶液；测量介质温度范围为20℃～30℃；测量介质的pH值范围为7.0～7.5；测量前浸泡时间范围为10min～15min；极化电位扫描范围为-0.9V～-0.3V；电位扫描速率范围为0.1mV/s～0.2mV/s。
4.如权利要求1所述的一种用微区腐蚀电流密度测量焊管沟槽腐蚀敏感性的方法，其特征在于，在所述的步骤(3)和步骤(4)中所述的计算自腐蚀电流密度和计算比值β＝i熔/i基，具体为取熔合线的自腐蚀电流密度值i熔和基材的自腐蚀电流密度值i基，解析后所得的极化曲线，得出比值β＝i熔/i基。
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