不锈钢水箱焊接裂纹研究

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1、不锈钢水箱焊接裂纹研究　　【摘要】通过对不锈钢封头焊接出现裂纹的分析，查找出发生裂纹的主要原因，提出防止发生防止裂纹的建议；【关键词】裂纹；合金元素Ni；点蚀；晶间腐蚀；应力腐蚀；介质水中Cl—浓度1宏观检测首先对来样进行观察，发现距焊缝10mm左右的地方有多条长短不一的裂纹，最长的约10mm，最短的约3mm，裂纹走向有平行于焊缝的，也有和焊缝成一定夹角的（小于90°）.焊缝表面高低不平.因此，我们在裂纹处取样进行检验.2不锈钢板（304）化学成分分析（%）3力学性能检测4金相检测（1）无裂纹处组织的奥氏体（见图1）。（2）有裂纹处组织奥氏体，试样经浸蚀后出现了黑色点状物，并有

2、方向性，同时还出现了沿奥氏体晶界走向的深色晶界线（见图2），把深色晶界线放大后观察发现，这些深色晶界线其实是奥氏体的晶界线被腐蚀（见图3）。（3）焊缝组织为奥氏体+δ铁素体，组织分布不均匀（见图4、图5）。85不锈钢的耐腐蚀机理金属受介质的化学及电化学作用而破坏的现象可称为腐蚀。有表面的腐蚀，也有表面微观破坏的局部性腐蚀。不锈钢的主要腐蚀形式有均匀腐蚀（表面腐蚀）、晶间腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀破裂等。金属腐蚀是属于电化学即电子迁移的化学过程。该过程可有干腐蚀（气体氧化）和湿腐蚀（电解液腐蚀）两种情况的电子迁移。腐蚀发生与否将取决于金属能否离子化。离子化的趋势可用电极电位

3、（E）表征。电极过程中E的差异是构成腐蚀性能进行的能源标志。设阳极有腐蚀量为△W，则△W=（Ec-Ea）te/96500AR，式中：△W—阳极腐蚀量（g/㎝2）；t—腐蚀时间（S）；e—阳极金属的克当量（g）；A—阳极面积（㎝2）；Ec—阴极电位（V）；Ea—阳极电位（V）；R—系统电阻（Ω）。8E是常数，粗略可视R为不变值，这时腐蚀速率（△W/t）与A成反比、而与（Ec-Ea）成正比。一般可将阴极与阳极间电位差视为衡量该阳极腐蚀（离子化）倾向的热力学分析参数。假如两极间的电位差在腐蚀过程中没有变化，则电化学腐蚀就会快速进行，金属很快受到损伤。实际上，随着腐蚀时间的延长腐蚀电流

4、逐惭减小，电极间电位变小。阴极电位朝正向移动，阳极电位朝负向移动，产生阻滞电极过程，即发生阴极极化和阳极极化现象。阳极极化的电位朝负向移动越多，说明阻滞极化或钝化的作用越强。阳极极化曲线（阳极电位的动态变化）可表征阻滞的大小，并可作为腐蚀速率的动力学分析参量。钝化的阻滞作用是在电极表面产生1～2个原子层厚的膜或吸附层。不锈钢的钝化膜是结构致密的氧化膜。该氧化物对金属的耐腐蚀性有重要的作用。304不锈钢在氧化性酸介质中耐腐蚀能力强，但在含氯离子水中容易产生点腐蚀及应力腐蚀。钢中含铬量≥12.5%时，由于氧化性活泼的铬在钢的表面迅速与氧形成致密、坚固的富氧钝化膜（Cr2O3），有效

5、地隔离了氧的进一步侵入。因而在空气中或氧化性酸（如硝酸）中，这一类钢抗均匀腐蚀性能好，不生锈，故称之为不锈钢。但在水中，尤其在含Cl-浓度较高的水中，由于Cl-离子可在某些局部部位对Cr2O3钝化膜起破坏作用，导致发生局部腐蚀。与均匀腐蚀（化学腐蚀）相比，局部腐蚀（电化学腐蚀）速度要快的多，危险性也大的多，往往导致泄漏失效。在含Cl-的水介质之中，不锈钢最易发生腐蚀的薄弱环节是焊接区域，由于该区经受过高温加热，组织及性能有劣化，抗腐蚀性能也降低。因而水箱的使用寿命主要取决于水箱薄弱环节处（焊接区域）是否发生晶界腐蚀、应力腐蚀及点（缝隙）腐蚀一类局部腐蚀。试验研究表明，当水中含C

6、l-离子的浓度较高时，缝隙（点）腐蚀是水箱中最常发生的腐蚀形式。8304不锈钢对卤族元素阴离子特别是对Cl-离子敏感，水中Cl-浓度越大，点蚀临界电位越低，越易于发生点腐蚀。而缝隙腐蚀的临界电位比点蚀更低，当有窄缝存在时缝隙腐蚀更易于发生，腐蚀速度更快。因而有效地防止点（缝隙）腐蚀是提高水箱使用寿命的关键。6水箱焊接处出现裂纹综合分析在宏观检测中表面有点状坑及在金相检测图2中黑色点状物表明热影响区出现点蚀现象。不锈钢是依靠表面产生一层钝化膜来防止出现腐蚀，当钝化膜在某一点发生破坏时，破坏区下的金属基体与表面未破坏区形成活化（孔内）—钝化（孔外）腐蚀电池，钝化表面为大阳极，活化区

7、为小阳极，腐蚀就会向纵深发展。在当地介质水中Cl-浓度高，其Cl-半径小、渗透力强，易穿过不锈钢钝化膜内，当极小的孔隙内镍层及显微组织不均匀的部位会向基体迁移，与金属接触后形成可溶性氯化物，从而使不锈钢氧化膜局部遭到了破坏，从而产生了点蚀。在有点蚀的情况和腐蚀介质作用下，金属表面沿晶界深入金属内部的腐蚀就形成了晶间腐蚀。它是一种局部性腐蚀。晶间腐蚀导致晶粒间的结合力丧失，材料强度几乎消失，是一种很值得重视的危险的腐蚀现象。在金相检测图3中的深色晶界线说明奥氏体晶界被腐蚀。8304不锈钢的固溶