CN102788745B - 焊缝抗腐蚀性能测试评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焊缝抗腐蚀性能测试评价方法，该方法主要包含四个步骤：试样制备；电化学测试；腐蚀深度测量；抗腐蚀性能的表征。该方法具有操作简单、测试时间短、结果可靠等优点。该方法可以应用于直缝焊、螺旋焊焊管以及其他带焊缝工件的抗腐蚀性能测试和评价。

Description

焊缝抗腐蚀性能测试评价方法

技术领域

本发明涉及钢铁产品的表面防锈，尤其涉及焊缝抗腐蚀性能测试评价方法。

背景技术

焊缝区域由于焊接金属、热影响区以及母材成分、组织等理化性质存在差异，使得其在服役环境中会发生选择性局部腐蚀，这种腐蚀被称之为焊缝腐蚀。焊缝腐蚀是导致带焊缝工件寿命降低的主要原因之一。但目前尚没有其检测评价方法。

申请号为200910197657.0的发明专利“一种用恒电位电解法测量焊管沟槽腐蚀的方法”公开了一种评价高频电阻焊焊管焊缝腐蚀性能的方法，该方法分为三个步骤：第一步，在NaCl溶液中测量极化曲线，并从所测得的曲线上获取焊缝试样的腐蚀电位Ecorr，从而确定电解电位为（Ecorr+50mV）～（Ecorr+100mV）；第二步，将焊缝试样置于25℃、3.5%NaCl溶液中，在（Ecorr+50mV）～（Ecorr+100mV）电位下，电解腐蚀144h；第三步，清理腐蚀产物，通过金相比图测量或者千分尺直接测量获得焊管产品相应的沟槽腐蚀系数高频电阻焊的特点是没有外来的焊接金属，所获得焊接工件腐蚀薄弱区域为熔合线区，以上方法较为适用于评价这种焊接方式所获得的焊缝腐蚀性能。

对于带有焊接金属的焊接方式，如MIG焊（惰性气体保护金属极电弧焊）、TIG焊（惰性气体钨极保护焊）所获得的焊接工件，其腐蚀区域多发生在热影响区和焊接金属区，因此，不能使用上述“一种用恒电位电解法测量焊管沟槽腐蚀的方法”中所涉及的方法来进行评价。

发明内容

本发明的目的，就是要解决现有技术存在的上述问题，提供一种焊缝抗腐蚀性能测试评价方法。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种焊缝抗腐蚀性能测试评价方法，包括以下步骤：

A，试样制备，并进一步包括如下步骤，

A1）采用电火花切割，获得焊缝试样，试样须包括焊接金属区、热影响区和母材，焊接金属区位于试样的中心；

A2）在焊接面的反面焊接导线；

B，电化学测试

将上述步骤所制备的试样放入电解槽中，采用恒电位/恒电流仪进行测试，测试介质采用浓度为0.5%～6%的NaCl溶液以及浓度为0.1%～2%的CH₃COOH溶液；

C，腐蚀深度测量，进一步包括如下步骤，

C1）进行母材腐蚀深度测量，在电解前、电解结束及清理腐蚀产物后，均将试样置于干燥器中干燥24h，然后用精度为0.0001g的电子天平称量试样，分别得到电解前的试样质量W₁和清理腐蚀产物后的试样质量W₂，并由公式计算得到母材腐蚀深度h₁；W₁、W₂的单位为g；ρ的单位为g/cm³；S的单位为cm²；

C2）再进行热影响区和焊接金属腐蚀深度测量，电解结束、清理腐蚀产物后，采用表面轮廓仪扫描试样表面形貌，分别测量热影响区表面至母材表面以及焊接金属表面至母材表面的高度差，并分别记录热影响区表面至母材表面的最大的高度差h₂和焊接金属表面至母材表面的最大高度差h₃，由此可以计算出热影响区腐蚀深度为h₁-h₂，焊接金属腐蚀深度为h₁-h₃；

D，最后分别由以下公式计算热影响区、焊接金属与母材之间的相对腐蚀速度。

热影响区相对母材：

焊接金属相对母材：

用上述的两者比值来表征抗腐蚀性能，两者的比值越接近1，表明该焊缝抗腐蚀性能越好，反之亦然。

所述的步骤A中，试样制备的尺寸为垂直焊缝方向×平行焊缝方向×焊缝深度方向，其中垂直焊缝方向的数值为10mm～50mm，平行焊缝方向的数值为10mm～50mm，焊缝深度方向的数值为1mm～20mm。

所述的步骤A中，在焊接导线时，先采用双组份环氧树脂或704防水胶对非焊接面进行封固，再用水砂纸依次对焊接面进行打磨，最后一道水砂纸的磨制方向垂直于焊缝。

所述的步骤B的电化学测试中，测试介质温度为15℃～60℃，阳极电位为-600mV～-300mV vs.SCE，测试时间为4h～200h。

所述的步骤B的电化学测试中，所述测试介质采用浓度为2%～5%的NaCl溶液以及浓度为0.5%～1%的CH₃COOH溶液。

所述的步骤B的电化学测试中，测试介质温度为20℃～30℃，阳极电位为-550mV～-500mV vs.SCE，测试时间为24h～144h。

本发明焊缝抗腐蚀性能测试评价方法具有操作简单、测试时间短、结果可靠等优点。该方法可以应用于直缝焊、螺旋焊焊管以及其他带焊缝工件的抗腐蚀性能测试和评价。

本发明中的测试介质采用浓度为0.5%～6%NaCl溶液（较佳浓度范围为2%～5%）以及浓度为0.1%～2%CH₃COOH（较佳浓度范围为0.5%～1%））。可以起到加速腐蚀的作用。

本发明中的阳极电位范围为-600mV～-300mV vs.SCE（饱和甘汞电极）（较佳电位范围为-550mV～-500mV）。既可起到加速腐蚀的作用，又不至于使得加速腐蚀机理与实际腐蚀机理产生偏差。

本发明中的测试时间范围为4h～200h（较佳时间范围为24h～144h）。在这段时间内进行加速腐蚀试验，能有效地反映出焊缝各区域的腐蚀性能差别。

本发明中的抗腐蚀性能的表征：比值β1、β2越接近1，表明该焊缝抗腐蚀性能越好。该步骤能有效地表征出热影响区、焊接金属区与母材腐蚀性能之间的关系，β1、β2值越接近1，表明这三者的差异越小，焊缝腐蚀性能也就越好。

附图说明

图1焊缝各区腐蚀深度测量示意图。

具体实施方式

实施例1

步骤一，试样制备

1）采用电火花切割，获得焊缝试样。试样尺寸为20mm（垂直焊缝方向）×15mm（平行焊缝方向）×3mm（焊缝深度方向）。试样包括焊接金属区、热影响区以及母材，焊接金属区位于试样的中心。

2）在焊接面的反面即非焊接面用点焊方式焊接导线，用双组份环氧树脂对5个非焊接面进行封固。用180#至800#水砂纸依次对焊接面进行打磨，最后一道水砂纸（800#）磨制方向垂直于焊缝。

步骤二，电化学测试

1）将试样放入电解槽中，采用恒电位/恒电流仪进行测试。

2）测试介质采用浓度为5%NaCl溶液以及浓度为CH₃COOH。

3）测试介质温度为25℃。

4）阳极极化电位为-550mV vs.SCE（饱和甘汞电极）。

5）测试时间为24h。

步骤三，腐蚀深度测量

1）母材腐蚀深度测量：在电解前及电解结束、清理腐蚀产物后，均将试样置于干燥器中干燥24h，然后用精度为0.0001g的电子天平称量试样，分别得到电解前的试样质量为25.4185g，清理腐蚀产物后的试样质量为24.7782g，由公式计算得到母材腐蚀深度为0.272mm。

2）热影响区和焊接金属腐蚀深度测量：电解结束、清理腐蚀产物后，采用表面轮廓仪（测量精度为0.1μm）扫描试样表面形貌，分别测量热影响区表面至母材表面以及焊接金属表面至母材表面的高度差（参见图1）。每个高度差均选取3个不同位置进行扫描测量，并分别记录到热影响区表面至母材表面的最大的高度差为-0.025mm，焊接金属表面至母材表面的最大高度差为0.003mm。由此可以计算出热影响区腐蚀深度为0.297mm，焊接金属腐蚀深度为0.269mm。

步骤四，抗腐蚀性能的表征：分别由以下公式计算热影响区以及焊接金属与母材之间的相对腐蚀速度。

热影响区相对母材：

焊接金属相对母材：

β1、β2均接近1，表明该焊缝抗腐蚀性能较好。

实施例2

步骤一，试样制备

1）采用电火花切割，获得焊缝试样。试样尺寸为20mm（垂直焊缝方向）×15mm（平行焊缝方向）×3mm（焊缝深度方向）。试样包括焊接金属区、热影响区以及母材，焊接金属区位于试样的中心。

2）在焊接面的反面用点焊方式焊接导线，用双组份环氧树脂对5个非焊接面进行封固。用180#至800#水砂纸依次对焊接面进行打磨，最后一道水砂纸（800#）磨制方向垂直于焊缝。

步骤二，电化学测试

1）将试样放入电解槽中，采用恒电位/恒电流仪进行测试。

2）测试介质采用浓度为2%NaCl溶液以及浓度为CH₃COOH。

3）测试介质温度为25℃。

4）阳极极化电位为-530mV vs.SCE（饱和甘汞电极）。

5）测试时间为72h。

步骤三，腐蚀深度测量

1）母材腐蚀深度测量：在电解前及电解结束、清理腐蚀产物后，均将试样置于干燥器中干燥24h，然后用精度为0.0001g的电子天平称量试样，分别得到电解前的试样质量25.8101g和清理腐蚀产物后的试样质量25.1590g，并由公式计算得到母材腐蚀深度0.276mm。

2）热影响区和焊接金属腐蚀深度测量：电解结束、清理腐蚀产物后，采用表面轮廓仪（测量精度为0.1μm）扫描试样表面形貌，分别测量热影响区表面至母材表面以及焊接金属表面至母材表面的高度差（参见图1）。每个高度差均选取3个不同位置进行扫描测量，分别记录到热影响区表面至母材表面的最大高度差为-0.028mm，焊接金属表面至母材表面的最大高度差为0.005mm。由此可以计算出热影响区腐蚀深度为0.304mm，焊接金属腐蚀深度为0.271mm。

步骤四，抗腐蚀性能的表征：分别由以下公式计算热影响区以及焊接金属与母材之间的相对腐蚀速度。

热影响区相对母材：

焊接金属相对母材：

β1、β2均接近1，表明该焊缝抗腐蚀性能较好。

实施例3

步骤一，试样制备

1）采用电火花切割，获得焊缝试样。试样尺寸为20mm（垂直焊缝方向）×15mm（平行焊缝方向）×3mm（焊缝深度方向）。试样包括焊接金属区、热影响区以及母材，焊接金属区位于试样的中心。

2）在焊接面的反面用点焊方式焊接导线，用双组份环氧树脂对5个非焊接面进行封固。用180#至800#水砂纸依次对焊接面进行打磨，最后一道砂纸（800#）磨制方向垂直焊缝。

步骤二，电化学测试

1）将试样放入电解槽中，采用恒电位/恒电流仪进行测试。

2）测试介质采用浓度为3.5%NaCl溶液以及浓度为0.7%CH₃COOH。

3）测试介质温度为25℃。

4）阳极极化电位为-500mV vs.SCE（饱和甘汞电极）。

5）测试时间为144h。

步骤三，腐蚀深度测量

1）母材腐蚀深度测量：在电解前及电解结束、清理腐蚀产物后，均将试样置于干燥器中干燥24h，然后用精度为0.0001g的电子天平称量试样，分别得到电解前的试样质量26.0893g和清理腐蚀产物后的试样质量25.4640g，并由公式计算得到母材腐蚀深度0.266mm。

2）热影响区和焊接金属腐蚀深度测量：电解结束、清理腐蚀产物后，采用表面轮廓仪（测量精度为0.1μm）扫描试样表面形貌，分别测量热影响区表面至母材表面以及焊接金属表面至母材表面的高度差（参见图1）。每个高度差均选取3个不同位置进行扫描测量，并分别记录到热影响区表面至母材表面的最大高度差为-0.021mm，焊接金属表面至母材表面的最大高度差为0.002mm。由此可以计算出热影响区腐蚀深度为0.287mm，焊接金属腐蚀深度为0.264mm。

步骤四，抗腐蚀性能的表征：分别由以下公式计算热影响区以及焊接金属与母材之间的相对腐蚀速度。

热影响区相对母材：

焊接金属相对母材：

β1、β2均接近1，表明该焊缝抗腐蚀性能较好，反之亦然。

Claims (6)

1.一种焊缝抗腐蚀性能测试评价方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

A，试样制备，并进一步包括如下步骤，

A1）采用电火花切割，获得焊缝试样，试样须包括焊接金属区、热影响区和母材，焊接金属区位于试样的中心；

A2）在焊接面的反面焊接导线；

B，电化学测试

将上述步骤所制备的试样放入电解槽中，采用恒电位/恒电流仪进行测试，测试介质采用浓度为0.5%～6%的NaCl溶液以及浓度为0.1%～2%的CH₃COOH溶液；

C，腐蚀深度测量，进一步包括如下步骤，

C1）进行母材腐蚀深度测量，在电解前、电解结束及清理腐蚀产物后，均将试样置于干燥器中干燥24h，然后用精度为0.0001g的电子天平称量试样，分别得到电解前的试样质量W₁和清理腐蚀产物后的试样质量W₂，并由公式计算得到母材腐蚀深度h₁；W₁、W₂的单位为g；ρ的单位为g/cm³；S的单位为cm²；

C2）再进行热影响区和焊接金属腐蚀深度测量，电解结束、清理腐蚀产物后，采用表面轮廓仪扫描试样表面形貌，分别测量热影响区表面至母材表面以及焊接金属表面至母材表面的高度差，并分别记录热影响区表面至母材表面的最大的高度差h₂和焊接金属表面至母材表面的最大高度差h₃，由此可以计算出热影响区腐蚀深度为h₁-h₂，焊接金属腐蚀深度为h₁-h₃；

D，最后分别由以下公式计算热影响区、焊接金属与母材之间的相对腐蚀速度，

热影响区相对母材：

焊接金属相对母材：

用上述的两者比值来表征抗腐蚀性能，两者的比值越接近1，表明该焊缝抗腐蚀性能越好，反之亦然。

2.如权利要求1所述的焊缝抗腐蚀性能测试评价方法，其特征在于，

所述的步骤A中，试样制备的尺寸为垂直焊缝方向×平行焊缝方向×焊缝深度方向，其中垂直焊缝方向的数值为10mm～50mm，平行焊缝方向的数值为10mm～50mm，焊缝深度方向的数值为1mm～20mm。

3.如权利要求1所述的焊缝抗腐蚀性能测试评价方法，其特征在于，

所述的步骤A中，在焊接导线时，先采用双组份环氧树脂或704防水胶对非焊接面进行封固，再用水砂纸依次对焊接面进行打磨，最后一道水砂纸的磨制方向垂直于焊缝。

4.如权利要求1所述的焊缝抗腐蚀性能测试评价方法，其特征在于，

所述的步骤B的电化学测试中，测试介质温度为15℃～60℃，阳极电位为-600mV～-300mV vs.SCE，测试时间为4h～200h。

5.如权利要求1所述的焊缝抗腐蚀性能测试评价方法，其特征在于，

所述的步骤B的电化学测试中，所述测试介质采用浓度为2%～5%的NaCl溶液以及浓度为0.5%～1%的CH₃COOH溶液。

6.如权利要求1或4所述的焊缝抗腐蚀性能测试评价方法，其特征在于，

所述的步骤B的电化学测试中，测试介质温度为20℃～30℃，阳极电位为-550mV～-500mV vs.SCE，测试时间为24h～144h。