不同焊接工艺条件下镍及镍合金管焊缝的耐蚀性研究

发布时间：2020-10-20 07:32

　　 镍及镍合金焊管在制碱行业,氯碱行业,食品加工业,高温卤素及盐腐蚀环境、水处理、各种耐强碱设备等行业被广泛使用,研究纯镍直缝焊管接头在不同腐蚀环境中的耐蚀性对拓宽镍及镍合金管的应用具有重要的理论及现实意义。焊缝是整个镍管接头的最薄弱区域,焊缝的耐蚀性能的好坏对镍管在腐蚀环境中的应用起到至关重要的作用。本论文研究了等离子弧焊(PAW)和等离子弧焊+钨极氩弧焊(PAW + TIG)两种不同焊接工艺条件下的镍及镍合金管焊缝在75%Na2SO4-25%NaCl和75%Na2S04-25%K2S04介质中的900℃热腐蚀行为,对比分析了两种焊缝及母材的耐热腐蚀性能,探讨了其热腐蚀机理;利用电化学方法,研究了室温下两种焊缝及母材在不同pH值Cl-离子溶液浸泡不同时间时的腐蚀行为和特点,并结合X射线光电子能谱(XPS)表征了不同试样表面钝化膜的元素成分以及钝化膜的电子输运特质。通过本文研究,得到的主要结论如下:(1)母材的显微组织为均匀细小的等轴晶,基体为单相奥氏体,平均晶粒尺寸为47.32μm;PAW焊缝为粗大的胞状晶,平均晶粒尺寸为463.57μm;PAW+TIG焊缝区域在PAW电弧后再次受到TIG电弧的二次加热发生再结晶形成了更为粗大的奥氏体柱状晶组织,平均晶粒尺寸为543.32μm。(2)在75%Na2S04-25%K2S04熔盐成分腐蚀期间,PAW焊缝和PAW+TIG焊缝的腐蚀速率相当,腐蚀动力学曲线近似线性规律,热腐蚀形态往往包括一个位于表面氧化膜内侧,向基体内部延伸的内氧化物与内硫化物分布区的硫化-氧化循环机制;在75%Na2S04-25%NaCl熔盐成分腐蚀期间,PAW + TIG焊缝的耐热腐蚀性大于PAW焊缝,腐蚀动力学曲线整体遵循抛物线规律,热腐蚀过程是氧化-硫化-氯化三者相互循环增强的结果。对于纯镍母材及焊缝,因其化学成分单一,三种试样表面的腐蚀产物的XRD分析结果相同,腐蚀产物的种类不发生变化,均已NiO和Ni3S2为主。(3)在1molNaCl(pH=7.2)溶液中,纯镍焊缝及母材表面均发生活化-钝化-再钝化现象,表面钝化膜由NiO和Ni(OH)2组成。电化学测试结果表明:随着晶粒尺寸的增大和浸泡腐蚀时间的延长,纯镍焊缝及母材在1molNaCl溶液中的电化学腐蚀行为保持一致的变化趋势,耐蚀性顺序为:母材PAW焊缝PAW+TIG焊缝。纯镍焊缝及母材表面钝化膜的破坏是由于具有自催化作用的侵蚀性Cl-离子的扩散-吸附-传输-溶解循环引起的局部点蚀。在1molNaCl+H2SO4(pH=0.13)溶液中,纯镍焊缝及母材表面均发生活化-钝化现象,表面钝化膜由NiO和Ni2O3组成。电化学测试结果表明:随着晶粒尺寸的增大和浸泡腐蚀时间的延长,纯镍焊缝及母材在lmolNaCl+H2SO4溶液中的电化学腐蚀行为保持一致的变化趋势,耐蚀性顺序为:母材PAW+TIG焊缝PAW焊缝。纯镍焊缝及母材表面钝化膜的破坏是由于H+进一步促进了具有自催化作用的侵蚀性Cl-离子的扩散-吸附-溶解循环引起的沿晶界局部腐蚀。针对于焊缝,在含有H+的酸性腐蚀介质中,晶界尺寸表现为负效应,即晶粒尺寸越大,耐腐蚀性越好。在1molNaCl+NaOH(pH=13.8)溶液中,纯镍焊缝及母材表面均发生活化-钝化-再钝化现象,表面钝化膜由Ni(OH)2组成。电化学测试结果表明:随着晶粒尺寸的增大和浸泡腐蚀时间的延长,纯镍焊缝及母材在1molNaCl+NaOH溶液中的电化学腐蚀行为保持一致的变化趋势,耐蚀性顺序为:母材PAW焊缝PAW+TIG焊缝。这是因为在含有OH-的碱性腐蚀介质中,OH-的加入大大减弱了 Cl-的自催化循环作用,使金属镍表面钝化膜的形成速率大于溶解速率,且该钝化膜的致密性和稳定性都较高,表面腐蚀形貌轻微,晶界尺寸表现为正效应,即晶粒尺寸越大,耐腐蚀性越差。因此,不同pH值的Cl-离子溶液,Cl-离子对基体的腐蚀反应的扩散-吸附-传输-溶解的自催化作用差异较大,导致腐蚀特征有所不同。
【学位单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG457.19
【部分图文】：

图 1.1 小 孔 型 等 离 子 焊 接 示 意 图 ； 2—熔 池 ； 3—焊 缝 ； 4—焊 缝 正 面 ； 5—焊3 小 孔 型 等 离 子 焊 接 示 意 图 所 适 用 厚 度 (m不 锈 钢 钛 及 钛 合 金 镍 及 镍 合 金 低3-8 2-10 3-6 13-18 13-18 18 双 枪 焊接都 有各 自的优 点， 为了 更 加充分 利用 接头的 成形 ，并 提 高其质 量，我们 课 题 示意图 如 1.2 所 示 。

图 1.1 小 孔 型 等 离 子 焊 接 示 意 图小 孔 ； 2—熔 池 ； 3—焊 缝 ； 4—焊 缝 正 面 ； 5—焊 缝 1.3 小 孔 型 等 离 子 焊 接 示 意 图 所 适 用 厚 度 (mm)[2不 锈 钢 钛 及 钛 合 金 镍 及 镍 合 金 低 合 金度 3-8 2-10 3-6 2-度 13-18 13-18 18 18IG 双 枪 焊接IG 都 有各 自的优 点， 为了 更 加充分 利用 这两 接 接头的 成形 ，并 提 高其质 量，我们 课 题组， 其 示意图 如 1.2 所 示 。

不同焊接工艺条件下镍及镍合金管焊缝的耐蚀性研究 横 轴 所 构 成 的 电 化 学 相 图 即 电 位 -pH 图 如 图 12和 H2O 的电化 学反 应 ：O2+4H++4e-— 2H2O E=1.229-0.0591p 电极 反应 ：2H++2e-— H2E=-0.0591pH O2的稳定 区；线 ○a下方是 H2气 的稳定 区 ，而 H2O 的 稳定区 。平 衡线 标 出的数 字 0、 -2、-4、质 的 浓 度 为 100mol/mL、 10-2mol/mL、 10-4
【参考文献】

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本文编号：2848398