不锈钢焊接接头防腐蚀治理技术研究

圜　湖　不锈钢焊接接头防腐蚀治理技术研究　林泽泉’郭志　林斌’刘爽’张磊’韩留红’高玉柱’　（１．苏州热工研究院有限公司，江苏苏州２１５００２；２．中广核核电运营有限公司，广东深圳５１８１２４）　摘　要：焊接接头是不锈钢发生腐蚀的活性区域，本文采用电化学钝化处理工艺对其进行表　面改性，有效改善其耐蚀性能。同时，通过电位云图测试和耐蚀试验考察处理工艺的各个步骤对　处理效果的影响。此外，本文还考察了焊接工艺的优化对焊接接头耐蚀性能的影响，实验表明，　采用堆焊对焊工艺可使焊接热影响区位于堆焊层，从而有效提高焊接接头的耐蚀性能。　关键词：电化学钝化中图分类号：ＴＧ１７４　不锈钢　焊接接头　防腐蚀　文献标识码：Ａ　文章编号：１　００８—７８１　８（２０１　３）０９—００５２—０４　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ａｎｔｉ・ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ　Ｓｔｅｅｌ　Ｗｅｌｄｉｎｇ　Ｊｏｉｎｔｓ　ＬＩＮ　Ｚｅ－ｑｕａｎ’ＧＵＯ　Ｚｈｉ　，ＬＩＮ　Ｂｉｎ’ＬＩＵ　Ｓｈｕａｎｇ’ＺＨＡＮＧ　Ｌｅｉ’ＨＡＮ　Ｌｉｕ．ｈｏｎｇ’ＧＡＯ　Ｙｕ．ｚｈｕ’　，，，，，（１．Ｓｕｚｈｏｕ　Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｐｏｗｅｒ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｕｚｈｏｕ　２　１　５００２，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｈｉｎａ　Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｐｏｗｅｒ　Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　５１８１２４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｅｌｄｅｄ　ｊｏｉｎｔｓ　ａｒｅ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ａｃｔｉｖｅ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ａｒｅａ　ｏｆ　ｓｔａｉｎｌｅｓｓ　ｓｔｅｅ１．Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ａ　ｎｏｖｅｌ　ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｍｏｄｉｆｙ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｏｆ　技　ｗｅｌｄｅｄ　ｊｏｉｎｔ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｂｙ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｎｅｐｈｏｇｒａｍ　ａｎｄ　ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　术　ｔＥｅｓｔ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅ　ｉｎｌｆｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｗｅｌｄｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｎ　ａｎｔｉ—ｃｏｒｏｓｉｏｎ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｉｓ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．　ｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｗｅｌｄｅｄ　ｊｏｉｎｔｓ　ｃａｎ　ｇｅｔ　ａ　ｂｅｔｔｅｒ　ａｎｔｉｃｏｒｒｏｓｉｖｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｂｙ　ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ；ｓｔａｉｎｌｅｓｓ　ｓｔｅｅｌ；ｗｅｌｄｅｄ　ｊｏｉｎｔ；ａｎｔｉ—ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｕ　ｊ　ｌ百　水型钝化等嘲但这些方法处理后的耐蚀性能并不十　。ｓｕｒｆａｃｉｎｇ　ｗｅｌｄｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．　不锈钢因其良好的耐蚀性、强韧性、可加工　分理想，而且还存在各自的缺点，如：硝酸型钝化　性及精美的外观，广泛应用于化工、石油、海洋及　法的钝化膜非常薄，通常只能作为不锈钢前处理的　医药工程领域。但是在一定条件下，不锈钢也会生　一个部分，硝酸．重铬酸盐型钝化法需采用致癌铬酸　锈，如在含有氯离子等侵蚀性阴离子的环境中，会　盐；硝酸．氢氟酸型的钝化液含有氟离子，腐蚀性较　发生点腐蚀¨。　。特别是不锈钢的焊接接头，由于在　强；硝酸．盐酸型钝化法易使不锈钢发生点蚀；双氧　焊接过程中会产生各种缺陷，如焊瘤、咬边、未焊　水型钝化法中的过氧化氢易分解。本文采用电化学　透、喷溅熔滴和裂纹等，这些缺陷造成应力集中，　接接头表面进行改性处理是十分必要的。　不锈钢化学钝化是常用的增强耐蚀性能的表面　钝化处理技术　，以硝酸为钝化液，对不锈钢焊接接　钢表面电位分布均匀，钝化膜性质得到明显改善。　此外，焊接热影响区是焊接接头最容易发生　往往是引起局部腐蚀的根源口　。因此，对不锈钢焊　头表面施加恒定电位，进行钝化处理，处理后不锈　处理方法，主要有：硝酸型钝化、硝酸一重铬酸盐型　腐蚀的区域，焊接工艺的优化有助于改善其抗腐蚀　钝化、硝酸一氢氟酸型钝化、硝酸一盐酸型钝化、双氧　性能，本文考察了采用直接对焊和堆焊对焊工艺对　作者简介：林泽泉（１９８６一），男，福建漳州１人，工程师，硕士，主要研究方向为金属腐蚀与防护。　爨　溅　ＴｎＴ＾Ｉ，、ｎＤＤｎＱｌｎ　ｒ、ｎｈＩＴＤｎｌ　腐蚀研究Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ囵　豳固　焊接接头耐蚀性的影响。堆焊对焊，即用焊接的方　堆焊数层ＥＲ３８５焊材，然后经电化学钝化处理后进行　法先在母材表面堆焊一层或数层耐蚀性能较好的材　对焊。　料，然后再进行对焊，该方法的优点是焊接热影响　母材和焊材的化学成分见表２。　区位于堆焊层，从而提高焊接接头的抗腐蚀性能。　１．３耐蚀性能评估　自然腐蚀电位可用于评判金属发生腐蚀的倾向　性，本文采用银／氯化银阵列参比电极，对处理前后　１实验　１．１电化学钝化处理　不锈钢焊接接头的表面电位进行测试，并绘制电位　选择２ｍｍ厚的３０４不锈钢板为实验材料，使用　云图，从而评估钝化膜的耐蚀性。　ＥＲ３　１６Ｌ焊材进行焊接，获得最终实验用的焊接样品　此外，还通过在室温条件下，将处理后的试样　尺寸为５０ｍｍ　Ｘ　３０ｍｍ×２ｍｍ，焊缝宽度５ｒａｍ，焊后　浸泡于３０％Ｈ　ＳＯ　和３．５％ＮａＣ１溶液中进行腐蚀实验，　未进行热处理。　考察钝化膜的耐腐蚀性能。　采用电化学钝化工艺，对不锈钢样品进行表面　处理，具体流程为：表面预处理一去离子水洗一酸　２结果与讨论　洗钝化一去离子水洗一电化学钝化一去离子水洗一　２．１钝化步骤对处理效果的影响　干燥。表面预处理采用ＧＷＳ　７—１００　ＥＴ博世角磨机进　本文针对不锈钢焊接接头的电化学钝化处理工　行机械打磨，砂纸为８００目，去除表面焊渣及氧化皮　艺，包含表面预处理、酸洗钝化、电化学钝化等多　等，最后进行除油清洗；酸洗钝化采用膏剂法，使　个步骤，钝化处理的效果与各个步骤息息相关。　用立立令牌酸洗钝化膏，钝化时间为１０ｍｉｎ；电化学　２．１．１电位云图评估　钝化处理技术参见林昌健课题组的发明专利，钝化　时间为ｌ０ＩＩｌｉｎ。　采用银／氯化银阵列参比电极，对处理后不锈钢　的表面电位进行测试，并绘制电位云图，从而评估　针对以上电化学钝化处理工艺流程，分别考察各　钝化处理步骤对处理效果的影响。　步骤对防腐蚀处理效果的影响，实验设计如表１所示。　表１　电化学钝化工艺考察　试样４　试样５　处理　编号　试样１　试样２　试样３　方法　处理　未处理　无预　无酸洗　无电化学　完整流程　处理　钝化处理　钝化处理　１．２焊接工艺优化　以外径为１７０ｍｍ的３　１７Ｌ直管为研究对象，壁厚　５ｍｍ，将其切割成长度为５０ｍｍ的小管段，结合电化　学钝化表面处理技术，分别采用直接对焊和堆焊对　焊工艺进行焊接，焊材选用ＥＲ３８５。　图１处理前不锈钢样品的电位云图　图１为处理前不锈钢样品（试样１）的电位云图，　可以明显看出焊缝及热影响区的电位比母材更负，　直接对焊：选取两件小管段，经电化学钝化处　即该区域是腐蚀活性位置。由于焊接接头的面积　理后直接进行对焊。　小，容易成为电偶腐蚀电池的小阳极，从而加速腐　堆焊对焊：选取两件小管段，先在其管口表面　蚀速率，导致穿孔、开裂。　表２　材料　３１７Ｌ　ＥＲ３８５　母材与焊材的化学成分表（ｗｔ％）　Ｃ　０．０３　０．０２５　Ｃｒ　１６－１８　１９．５　２１．５　Ｎｉ　１２－１５　２４－３６　ＭＯ　３　４．２－５．２　Ｍｎ　２　１．０－２．５　Ｓｉ　１　Ｏ．５０　Ｐ　０．０３５　０．０３　Ｓ　０．０３　０．０２　Ｃｕ　１．２～２．０　全面腐蚀控制　第２７卷第０９期２０１　３年０９月　圜　ｎ　ｃｈ　结合现场出现的注水管柱腐蚀失效情况，定期评估　增加；腐蚀速率受温度变化影响最大，流速其次，　受压力变化影响最小。　套管腐蚀状况及缓蚀剂应用效果，及时优化防腐技　４．２建议　（１）严格控制注水中ｃ０　含量，以降低水质腐蚀　性　术。　参考文献　［１］刘长松张强．中原油田套管内腐蚀机理及腐蚀控制技术［Ｊ】．石　，（２）现场注水微生物含量超标，虽暂时未引起明　油钻采工艺，２００７．　显微生物腐蚀，仍需严格控制微生物含量符合注水　ｉｄ。ｍ盖‘浅谈注水井套损坏原因及预防措施刀・化学工　Ｋ＇。蚪ｄＡＥ．控制指标，微生物滋生引发堵塞地层现象。　［３］Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ，Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ，Ａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎｄ　Ｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｕｎ　Ｏｉ　ｌｉｆｅｌｄ　Ｏｐｅｒａｔ　ｉｏｎｓ　ｐｏｎ　ｉ（３）在注水条件允许的情况下，可适当降低注　［４］ｖＣｏ。水的温度，以降低腐蚀速率；注水流速最好不超过　１．５ｒｎ／ｓ，否则缓蚀剂性能将出现明显降低。　（４）根据地面分注套管周期性腐蚀检测结果，　ｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｓｔｅｅ１　Ｑｕａｌｉｔｖ　ｏｎ　ｔｈｅ　ＣＯ，Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｏｆ　Ｃａｒｂｏ“　Ｓｔｅｅｌ［Ｊ］・Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ，１９９０，４６：４２２６３・　　ｃｏｃ。　。，ｉ。　［Ｊ］：ｃ。丌ｏｓｉ０　ｎ．１９８５，　ｌ：２５．　。　（上接第５１页）　姜毅等¨圳曾通过对ＤＰＣ内涂层套管丝扣的抗　２００７，２４（４）：３７９—３８３．　ｃｄｅＷａａｄＤＥＭｉｌｌｉａｍ漏失试验（９３℃、１０％ＨＣ１＋３％ＨＦ、１２ｈ、涂层厚度　【　．ｒ，．．ｓ，Ｃａｒｂ０ｎｉ　。　。。玎。　ｉ。“。　．。。　【Ｊｊｌ　ｃ。ｒｒ。ｓｉ。ｎｌ９７５，３１（５）：１７５．１８１，１６０“ｍ），表明涂层无脱落腐蚀满足现场套管丝扣不　［３１赖春晓．涂膜起泡和剥离的形成机理及防止方法［Ｊ】．全面腐蚀　被腐蚀液侵人。以上结果说明了涂层具有极好的附　［４】杨丽霞，张三平，林安等．有机涂层渗水率及金属界面腐蚀的研　誓制，　０Ｏ．２，　６（　）：．　！・　．　　，　．着力、抗腐蚀性和温度特性。　究进展材料保护，２００１，３４（１０）：２８—３０．　．技　３结论　术　某　（１）ＤＰｃ和ＴＫ７０两种油管内涂层具有良好附着力　答　用性　－）：涂１８层０　属的腐蚀过程　腐蚀科学与防护技　笺　‘　术在石油专用管中的应　和较强的耐腐蚀性能，对ＣＯ２腐蚀环境具有良好的适　【７］郭清泉，陈焕钦．金属腐蚀与涂层防护［Ｊ】．合成材料老化与应用，　９．４）：３６３［８】潘２￣３，３２（肇基有机涂层湿附着力的研究［Ｊ１ｌ材料保护，ｌ９９４，２７（２）：　．（２）ＤＰＣ￣ＴＫ７０两种涂层油管丝扣端部未发生腐蚀或脱落，具有良好抗腐蚀性和附着力。　参考文献　［Ｉ】马涛，汤达祯，蒋平等．注ｃＯ　提高采收率技术现状【Ｊ１．油田化学，　８－１２．　【９】姜毅，黄晓换，杨海恩等・用ＤＰｃ内涂层套管控制油水井内腐蚀　研究　・石油化工腐蚀与防护’　０ｏ　，　。（。）：４　一４　＿　（上接ｇ５５页）　３结论　电化学钝化处理工艺包含三个主要步骤：表　护２０００，３３（１１）：４５—４６．　，参考文献　ｆｌ１敬银，秦熊浦，严卫东等．不锈钢表面处理技术的研究ｆｊ１．材料保　面预处理、酸洗钝化、电化学钝化，各步骤紧密结　［２］李洋，丁毅，马立群等．３ｌ６Ｌ不锈钢柠檬酸钝化工艺及其耐点蚀　合，缺一不可。不锈钢焊接接头经电化学钝化处理　『３１凳　纂　，　合金海洋用钢焊接接　后，表面电位趋于均匀，耐硫酸腐蚀性能明显提　头耐蚀陛的影响［Ｊ］．兵器材料科学与工程，２００７，３０（５）：９－１２．　高。通过焊接工艺优化，即采用堆焊对焊工艺，使　Ｍ　要是　接头力学性能和耐腐蚀性的研　・焊　・得焊接热影响区位于堆焊层之上，防止焊接产生的　［５］陈天玉．不锈钢表面处理技术［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００４：　热量破坏焊缝附近母材表面的钝化膜，从而有效改　１９８－２３　‘　昌健田昭武不锈钢表面耐腐蚀性处理方法【Ｐ】・ｃＮ：　善不锈钢焊接接头的耐蚀性能。　【　】林’８７１０３５７０７１９８７．，ＴＯ１＿ＡＬ　ＣＯＲＲＯＳＩＯＮ　ＣＯＮＴＲＯＬ　Ｖｏ　Ｌ＿２７　Ｎｏ．Ｏ９　ＳＥＰ．２０＂１　３