陳波，徐亦楠，方乃文，馬一鳴，李丹暉

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1 序言

因焊接接頭局部腐蝕特別是點(diǎn)腐蝕（以下簡稱：點(diǎn)蝕）而造成的裝置、設(shè)備和構(gòu)件的失效事故屢見不鮮，一些事故造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失甚至人身傷亡。然而迄今為止，業(yè)內(nèi)對焊接接頭點(diǎn)蝕的行為、過程和機(jī)制的認(rèn)識仍然比較有限。不銹鋼的耐腐蝕性能主要依賴于其合金成分體系與組織結(jié)構(gòu)。不銹鋼的主要合金成分有Cr、Ni、Mn、Si、Ti、Al等元素，其中Cr含量需≥12%，才可以保證其具有耐蝕性能。不銹鋼按其微觀組織可分為奧氏體型(γ相)、鐵素體型(α相)、馬氏體型(M相)、雙相(γ+α、γ+M等)和沉淀硬化型(M+沉淀析出相)等。隨著不銹鋼應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，焊接加工技術(shù)也隨之迅猛發(fā)展，從而對于不銹鋼焊接接頭的耐蝕性能要求也越來越高。焊接加工因母材金屬與填充金屬熔化后又以極快速度冷卻凝固，易造成焊縫區(qū)域成分偏析，組織不均勻，同時熱影響區(qū)及受熱循環(huán)作用區(qū)均出現(xiàn)不同程度的晶粒長大，成為腐蝕行為的高發(fā)區(qū)。不銹鋼焊接接頭的腐蝕形式主要有晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕、縫隙腐蝕與點(diǎn)蝕，這些腐蝕形式均可能導(dǎo)致焊接結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞甚至失效[1-5]。因此，合理地延長不銹鋼焊接結(jié)構(gòu)的使用壽命，防止由焊接接頭腐蝕失效造成危害也一直是相關(guān)研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)[6]。

在以上多種腐蝕形式中，不銹鋼焊接接頭的點(diǎn)蝕形成機(jī)理復(fù)雜，金屬損失量小，失重小，難發(fā)現(xiàn)，易造成重大破壞。下面對近年來學(xué)者在焊接接頭局部點(diǎn)蝕的形成機(jī)理、合金化對點(diǎn)蝕的影響、耐點(diǎn)蝕組織控制影響因素及點(diǎn)蝕的表征研究方法的相關(guān)研究進(jìn)行介紹。為控制和研究焊接接頭局部腐蝕行為制定合理焊接工藝提供參考。

2 點(diǎn)蝕的形成機(jī)理

在腐蝕孔內(nèi)部點(diǎn)蝕是一種破壞性和安全隱患極大的腐蝕類型，點(diǎn)蝕行為多發(fā)生在表面易鈍化的金屬或合金上，在眾多關(guān)于不銹鋼耐蝕機(jī)理的研究理論中，鈍化膜理論被大多數(shù)學(xué)者所認(rèn)可并接受。不銹鋼表面形成的鈍化膜，可有效隔絕不銹鋼與腐蝕介質(zhì)的接觸，從而保護(hù)母材。不銹鋼表面的鈍化膜的破壞，則成為點(diǎn)蝕形成的先決條件。鈍化膜內(nèi)部因素和外部環(huán)境各不同，這些因素造成鈍化膜形成過程中出現(xiàn)薄弱點(diǎn)，成分不均勻、局部位置偏析、金屬夾雜，以及第二相沉淀等因素都會促使鈍化膜薄弱點(diǎn)的形成。根據(jù)大量研究試驗可知，硫氧化合物、硅酸鹽夾雜物存在的部位是易產(chǎn)生點(diǎn)蝕的敏感區(qū)域。點(diǎn)蝕易在敏感區(qū)域形核、生長，達(dá)到臨界尺寸產(chǎn)生蝕坑。此外，有一些學(xué)者研究得出，鈍化膜由內(nèi)外n-p半導(dǎo)體膜構(gòu)成[7]，在陽極極化條件下，溶液中部分氧化物形成導(dǎo)電介質(zhì)，增強(qiáng)或加速了陽極區(qū)域電流強(qiáng)度，當(dāng)注入電流強(qiáng)度超出鈍化膜電極電位將會造成鈍化膜破裂。

點(diǎn)蝕的生長則主要是在腐蝕區(qū)產(chǎn)生“閉塞電池腐蝕”作用所致。蝕坑的出現(xiàn)為腐蝕電池提供條件，含Cl-的介質(zhì)會促使點(diǎn)蝕發(fā)生，如不銹鋼等在一定環(huán)境條件下（如石化行業(yè)及海水環(huán)境中）常出現(xiàn)點(diǎn)蝕行為[8]，在孔內(nèi)發(fā)生腐蝕的不銹鋼母材底部會形成Cl-聚集，并與外界形成濃度差的電池，電池的形成加速Cl-的產(chǎn)生和聚集，進(jìn)而加速不銹鋼母材內(nèi)壁反應(yīng)，伴隨孔內(nèi)PH值下降，金屬酸化發(fā)生溶解。由于腐蝕孔直徑較小，因此腐蝕孔處形成金屬堆積，阻礙鈍化膜再形成，電池效應(yīng)為產(chǎn)生點(diǎn)蝕提供了條件，給焊接結(jié)構(gòu)增加產(chǎn)生點(diǎn)蝕的風(fēng)險[9-10]。

上述點(diǎn)蝕形成以及生長方式與過程均可在一定試驗條件下發(fā)生，但仍具有各自的局限性。點(diǎn)蝕環(huán)境，如溫度、試件表面狀態(tài)、電極電位等因素都會對鈍化膜局部腐蝕造成影響，因此對點(diǎn)蝕形成機(jī)理還需要大量深入研究。

3 合金元素對點(diǎn)蝕的影響

許多學(xué)者通過對不銹鋼點(diǎn)蝕性的研究積累[11-14]，得出抗點(diǎn)蝕當(dāng)量PREN值用以計算預(yù)估不銹鋼的耐點(diǎn)蝕能力。不銹鋼材料中Cr、N、Mo的含量，決定PREN值，影響材料的耐點(diǎn)蝕性。

不銹鋼中N元素有助于材料耐點(diǎn)蝕性提高，研究表明，N元素對鈍化膜鈍化能力提升效果顯著，N在鈍化膜和金屬中產(chǎn)生富集效應(yīng)，富集界面一般為Ni、Cr等元素產(chǎn)生的氮化物，富集界面在氧化物的鈍化膜下對不銹鋼母材產(chǎn)生雙層耐蝕保護(hù)。另外部分N的溶解形成NH+調(diào)節(jié)蝕坑內(nèi)的PH值，延緩阻止點(diǎn)蝕行為生長。在不銹鋼焊接接頭中，N元素有助于奧氏體組織形成和穩(wěn)定，阻礙熱影響區(qū)的鐵素體晶粒生長。一定溫度下析出的氮化物減小了貧Cr區(qū)的出現(xiàn)，提高了耐腐蝕能力的同時也改善了焊接性能。

Cr作為不銹鋼中重要的合金元素，是鈍化膜的主要組成元素，Cr含量增加使可鈍化膜修復(fù)能力顯著提升。Cr可降低不銹鋼材料鈍化電流，提高不銹鋼點(diǎn)蝕電位。研究表明，Cr含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）超過30%則鈍化膜破裂電位遠(yuǎn)高于Cl-溶液電位，抑制電池效應(yīng)，保護(hù)鈍化膜。焊接是一個高熱輸入、快速冷卻的過程，焊縫與熱影響區(qū)會造成合金元素偏析以至于形成組織結(jié)構(gòu)變化，并促使焊接殘余應(yīng)力集中，變形分布不均，焊接過程高熱量帶來的燒損及氧化反應(yīng)貧鉻區(qū)，這些都會給焊接結(jié)構(gòu)增加產(chǎn)生點(diǎn)蝕的風(fēng)險。

4 點(diǎn)蝕的控制影響因素

4.1 熱處理方式對點(diǎn)蝕的影響

李兆登等人[15]對核級奧氏體不銹鋼使用激光進(jìn)行焊接，并將焊縫在3.5%的NaCl溶液中浸蝕后繪制出陽極極化曲線。研究表明，使焊縫在敏化溫度范圍內(nèi)升高熱處理溫度，腐蝕電流增大，點(diǎn)蝕電位降低，鈍化區(qū)域逐漸縮小，焊縫組織中分布在奧氏體相中的鐵素體相溶解，同時組織形態(tài)將由塊狀、骨架狀轉(zhuǎn)變?yōu)橐?guī)律的板條狀，最終轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)長條狀。組織形態(tài)的轉(zhuǎn)變且在Cl-的極化作用下使焊接接頭，表面的鈍化膜局部溶解再鈍化能力下降，焊縫耐點(diǎn)蝕性降低，點(diǎn)蝕行為的出現(xiàn)概率將增加（見圖1）；分析在相同熱處理溫度下延長熱處理時間條件下浸蝕焊接接頭的陽極極化曲線，延長熱處理時間，焊接接頭試樣腐蝕電流減小，點(diǎn)蝕電位升高，鈍化區(qū)域逐漸增加，鈍化膜穩(wěn)定性增加，焊縫組織中鐵素體向奧氏體進(jìn)行轉(zhuǎn)變，組織形態(tài)中連續(xù)網(wǎng)狀的鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)樯倭糠稚⒌蔫F素體，鐵素體含量的減少且分散的形態(tài)有助于試樣表面鈍化的形成，Cl-的極化作用減弱，焊縫的耐點(diǎn)蝕性增強(qiáng)，點(diǎn)蝕行為出現(xiàn)概率將降低（見圖2）。

圖1 不同溫度熱處理后焊縫區(qū)域鐵素體相SEM 形貌[14]

圖2 不同保溫時間熱處理后焊縫區(qū)顯微組織形貌[14]

根據(jù)Cui等人[16]的研究，使用3%FeCl3溶液對316L奧氏體不銹鋼焊縫金屬進(jìn)行浸蝕試驗，焊縫組織為奧氏體+鐵素體，溫度達(dá)到臨界點(diǎn)蝕溫度時，由于焊縫結(jié)晶時的鐵素體中的Cr和Ni產(chǎn)生富集，同時奧氏體組織中產(chǎn)生貧Cr和Ni，焊縫中的奧氏體是腐蝕的優(yōu)先相。但是，Tan等人[17]在焊材為2304雙相不銹鋼的等離子焊焊接試驗中得出結(jié)論，鐵素體晶粒更易于發(fā)生點(diǎn)蝕，適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行焊后熱處理使臨界腐蝕溫度升高，使焊縫中Cr、Ni重新分布，有助于抗點(diǎn)蝕性，焊后最佳熱處理溫度為1080℃，將有效阻止焊接接頭點(diǎn)蝕行為的發(fā)生。李吉承等人[18]對2205雙相不銹鋼的焊接接頭未熱處理狀態(tài)與熱處理狀態(tài)進(jìn)行對比，熱處理制度為850℃、保溫30min，熱處理后焊接接頭組織中的鐵素體分解減少，生成新相б相，從而造成了貧Cr區(qū)域，因而熱處理后發(fā)生的點(diǎn)蝕行為反而增加。趙暉等人[19]對比不同固溶處理溫度的雙相不銹鋼0Cr25Ni6Mo3CuN在3.5%NaCl溶液中表現(xiàn)出的陽極極化行為，結(jié)合微觀組織觀察，發(fā)現(xiàn)在1060℃固溶處理時，焊接接頭組織中奧氏體含量并未明顯增加，表現(xiàn)出較高的耐點(diǎn)蝕性，提高固溶溫度至1100℃、1140℃，焊縫的耐點(diǎn)蝕性隨奧氏體組織的增加而明顯降低。

通過上述學(xué)者研究表明，在一定的溫度范圍內(nèi)，熱處理會對焊接接頭耐蝕性產(chǎn)生積極影響。然而，不同的熱處理溫度，不同的保溫時間以及易發(fā)生點(diǎn)蝕行為的組織等方面，相關(guān)學(xué)者的研究結(jié)論仍常發(fā)生矛盾，給實際不銹鋼焊接應(yīng)用帶來了困惑，因此還需深入探索研究。

4.2 焊接工藝對點(diǎn)蝕的影響

根據(jù)Kordatos等人[20]的研究：2205雙相不銹鋼的GTAW焊接接頭中，因鐵素體組織往往優(yōu)先發(fā)生點(diǎn)蝕行為，增加冷卻速度，可使焊接接頭的鐵素體組織分解加速，從而提高焊接接頭的耐點(diǎn)蝕性。Chen等人[21]將焊接材料為2205雙相不銹鋼的GTAW焊接接頭在5.8%NaCl溶液中浸蝕，對焊接熱影響區(qū)的點(diǎn)蝕行為進(jìn)行研究，當(dāng)熱影響區(qū)的冷卻速度迅速增加，臨界點(diǎn)蝕溫度也同時提高，奧氏體的點(diǎn)蝕當(dāng)量PREN大于鐵素體，點(diǎn)蝕行為優(yōu)先發(fā)生在鐵素體組織上，而冷卻速度的增加使鐵素體組織分解加速，從而提高熱影響區(qū)耐點(diǎn)蝕性。另外，熱影響區(qū)冷卻速度增加可使形態(tài)減小，蝕坑深度降低。文獻(xiàn)[22]通過EBSD技術(shù)對加快冷卻速度后不銹鋼焊接接頭區(qū)域的低Σ晶界分布情況進(jìn)行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)：316LN中存在大量欒晶，因而母材與焊接區(qū)分布大量Σ晶界與Σ3晶界。焊接過程破壞了原有的孿晶區(qū)，晶粒重新交錯在一起，當(dāng)加快冷卻速度時，Σ3晶界數(shù)量降低趨勢減小。加快冷卻速度同樣影響熱影響區(qū)中熔合線區(qū)域發(fā)生再結(jié)晶和晶粒長大，使晶粒間的取向差增加與孿晶數(shù)量減少趨勢降低，阻止部分Σ3晶界含量降低，由于Σ晶界及Σ3晶界對點(diǎn)蝕具有良好的阻礙作用，加快冷卻速度可以提高焊接熱影響區(qū)的抗點(diǎn)蝕能力，圖3為Σ3晶界在316LN不銹鋼焊接區(qū)域的典型形貌分布。孔凡紅等人[23]將兩個不同焊接熱輸入下獲得的2205雙相不銹鋼接頭進(jìn)行耐FeCl3溶液點(diǎn)蝕試驗，試樣包含母材、熱影響區(qū)及焊縫區(qū)。將試樣置于600mL的6%FeCl3溶液中，恒溫50℃連續(xù)試驗72h，結(jié)果見表1，由腐蝕結(jié)果可知，隨著熱輸入的增加，試樣的耐點(diǎn)蝕性能略有提高，點(diǎn)蝕大部分發(fā)生在熱影響區(qū)，因此熱影響區(qū)是焊接接頭耐點(diǎn)蝕性能的薄弱區(qū)。

圖3 Σ3晶界在316LN不銹鋼焊接區(qū)域的典型形貌分布[16]

根據(jù)龔利華等人[24]的研究，當(dāng)對超級雙相不銹鋼UNSS32750焊接接頭加填焊絲或背面采用氮?dú)獗Ｗo(hù)的焊接工藝后，可以提高焊接接頭的耐點(diǎn)蝕性能，但在焊接過程中由于高熱輸入，會破壞元素分配的均衡性，導(dǎo)致鐵素體相先腐蝕，使材料的耐點(diǎn)蝕性能降低。當(dāng)熱輸入高且焊接接頭冷卻速度相對較慢時，則貧鉻現(xiàn)象得到抑制甚至消除，使點(diǎn)蝕傾向減小。焊接過程中氮?dú)獗Ｗo(hù)能夠抑制σ相的析出，從而使焊接接頭的點(diǎn)蝕行為出現(xiàn)概率降低。

表1 耐 FeCl3 點(diǎn)蝕試驗結(jié)果

根據(jù)Lu等人[25]在LBW（激光焊）和GTAW（非熔化極氣體保護(hù)焊）兩種焊接工藝下，304奧氏體不銹鋼焊接接頭耐點(diǎn)蝕性有明顯差異。LBW焊接接頭腐蝕時間達(dá)到2h時，母材區(qū)域發(fā)現(xiàn)數(shù)量較多的點(diǎn)蝕行為，焊縫區(qū)域則無點(diǎn)蝕情況。而GTAW 焊接接頭腐蝕時間僅1h，焊縫與熔合線附近區(qū)域均出現(xiàn)點(diǎn)蝕行為。因此，LBW焊縫相比GTAW焊縫，前者耐點(diǎn)蝕性能更好。耐點(diǎn)蝕性的差異因熱輸入和冷卻速度的改變，使焊接區(qū)域合金元素的偏聚從而形成貧Cr區(qū)，最終導(dǎo)致兩種焊接工藝焊縫耐點(diǎn)蝕性能不同。陸永浩等人[26]對在不同激光焊接速度下得到的核級不銹鋼焊接接頭進(jìn)行了核電模擬溶液常溫腐蝕試驗、點(diǎn)蝕和晶間腐蝕試驗和高溫高壓水應(yīng)力腐蝕試驗，結(jié)果表明，隨著焊接速度增大，焊接接頭維鈍電流上升，點(diǎn)蝕電位上升，如圖4所示。

根據(jù)K i m等人[27]的研究，超級雙相不銹鋼GTAW焊接接頭在保護(hù)氣體為Ar和Ar+5%N2時會有不同的點(diǎn)蝕行為。研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)在Ar保護(hù)氣氛中，焊縫處析出Cr2N相并出現(xiàn)貧Cr區(qū)，導(dǎo)致不銹鋼耐點(diǎn)蝕性能降低。但是在 Ar+5%N2保護(hù)氣氛中，焊縫中很少析出Cr2N相，組織中的鐵素體含量降低，焊接接頭耐點(diǎn)蝕性增加。文獻(xiàn)[28]研究結(jié)果表明：增加保護(hù)氣體中N2含量會使焊縫耐點(diǎn)蝕當(dāng)量PREN提高。當(dāng)保護(hù)氣中N2含量增加至5%后，PREN（Ar+5%N2）＞PREN（Ar），枝晶內(nèi)部耐腐蝕當(dāng)量與枝晶間隙的耐點(diǎn)蝕當(dāng)量數(shù)值更為接近，因而焊縫處枝晶處的耐腐蝕性增加。

綜合上述研究成果，在滿足接頭性能的前提下，較小的焊接熱輸入、降低冷卻速度有利于耐點(diǎn)蝕組織生成，且合適的焊接參數(shù)會改善晶界組成，提高不銹鋼焊接接頭的抗點(diǎn)蝕能力。另外，保護(hù)氣體對于焊接接頭的抗點(diǎn)蝕性能也有影響，但是在保證抗點(diǎn)蝕能力的前提下，是否能保證焊接接頭其他性能的研究，目前暫未見研究報道。

4.3 其他影響因素

Curiel等人[29]對304不銹鋼使用熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊（GMAW）進(jìn)行焊接，對熱影響區(qū)進(jìn)行腐蝕行為的研究。在焊接過程中加入磁場條件，磁性使焊接熱循環(huán)的合金化發(fā)生改變，尤其對Cr元素分布影響較大。在無磁條件下，Cr在晶界附近明顯出現(xiàn)了富Cr區(qū)與貧Cr區(qū)，使局部腐蝕易于發(fā)生。當(dāng)增加一定的磁場條件時，晶界處Cr未出現(xiàn)明顯的偏聚，磁場可阻礙Cr聚集，較少貧Cr區(qū)的出現(xiàn)，從而提高焊接接頭的耐局部腐蝕能力。

圖4 不同焊接速度下焊接接頭各區(qū)域在3.5% NaCl溶液中電極化曲線

張雅芝等人[30]采用不同化學(xué)成分的焊絲焊接Cr13鐵素體不銹鋼，結(jié)果表明，Ni含量較高的ERNiCrFe-3焊絲的焊縫組織為奧氏體固溶體和含量較少的析出相，近似于單相組織，而309L焊絲焊縫由奧氏體和δ鐵素體雙相組織組成，存在大量γ-δ晶界，故ERNiCrFe-3焊絲的焊縫耐蝕性能更好。

截止目前為止，對于其他影響不銹鋼焊接接頭抗點(diǎn)蝕能力的報道較少，從目前能查閱到的相關(guān)文獻(xiàn)可獲悉，焊接材料的化學(xué)成分、焊接變形量的控制及外加磁場對焊接接頭的耐蝕性會有一定的影響。但是其他手段如焊接殘余應(yīng)力、超聲波因素、層間溫度等其他因素是否對焊接接頭的耐點(diǎn)蝕性能有影響尚無報道。

5 焊接接頭點(diǎn)蝕的表征方法

5.1 傳統(tǒng)電化學(xué)方法

現(xiàn)有對點(diǎn)蝕行為的分析手段主要為實驗室配制Cl-溶液模擬腐蝕環(huán)境介質(zhì)條件下加速腐蝕，結(jié)合金相組織觀察等手段進(jìn)行分析，最常見的失重法、測深規(guī)或測微器及金相法可得到點(diǎn)蝕坑深度、腐蝕程度、腐蝕比例等信息。傳統(tǒng)的電化學(xué)方法則可以對腐蝕的焊接接頭進(jìn)行宏觀分析，通過測量焊縫、熱影響區(qū)及母材的電位，結(jié)合組織觀察等手段推測優(yōu)先腐蝕相。

然而失重法、金相法及傳統(tǒng)電化學(xué)方法仍無法表述腐蝕過程，也無法精確測量局部區(qū)域的腐蝕情況。陣列電極技術(shù)、微區(qū)電化學(xué)掃描技術(shù)則可對局部電極電位進(jìn)行測量分析，有效彌補(bǔ)了失重法及傳統(tǒng)電化學(xué)方法對局部檢測的不足，可更直觀地對腐蝕過程提供數(shù)據(jù)，這是重要的檢測方法。

5.2 陣列電極技術(shù)

陣列電極技術(shù)是許多個微小的電極按一定規(guī)則排列，組成面積較大且為單一陣列式的電極。其特點(diǎn)是每一個微小電極可以作為獨(dú)立單元，即單個獨(dú)立單元單獨(dú)進(jìn)行電化學(xué)測試，獨(dú)立單元即為測量試樣的局部位置的局部信息。由于單個獨(dú)立單元面積較小，電化學(xué)反應(yīng)獨(dú)立進(jìn)行互不干擾。則通過對每個獨(dú)立單元的電極電位及組合分布單元電極電位的測量，從而獲得電化學(xué)電位參數(shù)的分布情況，陣列電極技術(shù)與電化學(xué)測試方法相結(jié)合，可對焊接接頭的點(diǎn)蝕過程進(jìn)行準(zhǔn)確的跟蹤測量[31]。根據(jù)Fushimi等人[32]的研究，使用309奧氏體不銹鋼焊條焊接低碳鋼，將焊接接頭切割拆分為9個工作電極，使工作電極在NaCl溶液中的進(jìn)行電偶腐蝕行為。利用多通道電極技術(shù)測量了每個工作電極在浸泡過程中的電流及電位，從而測量出了點(diǎn)蝕行為的空間分布。研究發(fā)現(xiàn)：浸泡過程中作為獨(dú)立電極的焊接接頭始終為陰極，母材的極性與獨(dú)立電極擺放的位置、在溶液中的浸泡時間以及溶液電解質(zhì)的濃度關(guān)系較大。楊旺火等人[33]將316奧氏體不銹鋼焊接接頭在12%FeCl3溶液中進(jìn)行腐蝕，利用自行研制建立的陣列參比電極法，并與電化學(xué)測試方法、掃描Kelvin探針跟蹤技術(shù)相結(jié)合，對焊接接頭的腐蝕過程進(jìn)行原位跟蹤測量，焊接過程使焊縫組織不均勻，相界缺陷增加，局部腐蝕最先在焊縫區(qū)，母材區(qū)域鈍化；腐蝕浸泡時間持續(xù)過程中，焊縫區(qū)的局部腐蝕加劇并伴隨電位降低，母材局部位置出現(xiàn)點(diǎn)蝕行為并持續(xù)伴隨負(fù)電位移動，列陣電極技術(shù)完整測量了焊縫試樣由局部腐蝕轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆蛉娓g的全過程。通過掃描Kelvin探針跟蹤技術(shù)和對焊縫金相組織的觀察，發(fā)現(xiàn)焊縫區(qū)與母材相比，前者腐蝕敏感性和易腐蝕性均較高。金屬結(jié)構(gòu)件在焊接過程中造成的成分破壞與組織重組，對不銹鋼焊接接頭發(fā)生點(diǎn)蝕行為的影響巨大。

目前，制樣建模的過程對陣列電極技術(shù)影響仍較大，由于焊接接頭中熱影響區(qū)常為較狹窄的區(qū)域，造成熱影響區(qū)微電極制備不精確情況常有發(fā)生，進(jìn)而造成對測量數(shù)據(jù)的影響較為明顯，同時熱影響區(qū)的微電極制備數(shù)量相對較少，對該區(qū)域組織轉(zhuǎn)變數(shù)據(jù)采集也有一定影響。另外，微電極制備過程中造成的組織轉(zhuǎn)變也需要進(jìn)行適當(dāng)考慮。因此，制樣建模階段以及對腐蝕過程的數(shù)據(jù)測量分析仍需要隨著技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展進(jìn)一步提高。

5.3 微區(qū)電化學(xué)掃描探針技術(shù)

微區(qū)電化學(xué)掃描探針技術(shù)是在傳統(tǒng)電化學(xué)測量方法的基礎(chǔ)上加入微小探針檢測設(shè)備，對試樣的局部微區(qū)進(jìn)行跟蹤檢測分析，檢測局部試樣介質(zhì)界面的電化學(xué)特性。常用微區(qū)電化學(xué)掃描探針技術(shù)有掃描 Kelvin 探針跟蹤技術(shù)、掃描振動電極技術(shù)[34]、掃描電化學(xué)顯微鏡及局部電化學(xué)阻抗技術(shù)等[35，36]。焊接的復(fù)雜熱循環(huán)過程使焊接接頭區(qū)域組織成分偏析，結(jié)構(gòu)形狀不均勻，不同的相組織電化學(xué)特性差異較大。微區(qū)電化學(xué)掃描探針技術(shù)對于微區(qū)蝕坑及周邊區(qū)域進(jìn)行精確檢測。掃描振動電極原理如圖5所示。陳鎧等人[37]對921型鋼與903型鋼及相應(yīng)配套焊接接頭，利用微區(qū)電化學(xué)掃描微電極技術(shù)測量在天然海水條件下進(jìn)行的電位分布測試。試驗在全浸、間浸和極化三種條件下測量試件表面電位分布及變化，對局部腐蝕行為進(jìn)行分析。最終測試得出兩種焊材的接頭及配套焊材在海水侵蝕環(huán)境下的耐腐蝕能力。

Vuillemin 等人[38]用細(xì)管將NaCl及HCl腐蝕溶液注入316L奧氏體不銹鋼中，利用掃描振動電極技術(shù)對點(diǎn)蝕過程中蝕坑電位進(jìn)行跟蹤測量。結(jié)果表明，MnS在溶解過程中吸附S元素造成S富集，從而破壞鈍化層，在此處易于形成點(diǎn)蝕。

圖5 掃描振動電極原理 [36]

微區(qū)電化學(xué)掃描技術(shù)不僅對點(diǎn)蝕機(jī)理進(jìn)行深入研究，還可幫助全面理解點(diǎn)蝕的行為過程，然而微區(qū)電化學(xué)掃描技術(shù)的準(zhǔn)確性受探針與試樣表面距離影響很大，對操作人員素質(zhì)及測試環(huán)境條件均要求較高。

5.4 數(shù)值模擬技術(shù)

數(shù)值模擬技術(shù)多根據(jù)數(shù)學(xué)變分原理，建立微分方程初邊值等價式，選取已知數(shù)據(jù)作為表達(dá)式節(jié)點(diǎn)建立線性關(guān)系式，最終計算機(jī)模擬推導(dǎo)出焊接、腐蝕及其他過程和結(jié)果的研究方法。

Davey等人[39]對316L奧氏體不銹鋼在海洋石化設(shè)備環(huán)境進(jìn)行應(yīng)用過程的腐蝕模擬，計算長期在海洋溫度及鹽度波動變化造成的點(diǎn)蝕影響。對化學(xué)工程及海洋環(huán)境建造進(jìn)行金屬材料的緩蝕預(yù)警。Chen等人[40]對比了汽車消音器用409L鋼與439M鋼的凝結(jié)水腐蝕試驗，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值分析并建立點(diǎn)蝕數(shù)值模擬模型，應(yīng)用數(shù)值模擬預(yù)測了409L及439M不銹鋼在應(yīng)用環(huán)境中的使用壽命。楊璐嘉等人[41]基于數(shù)值模擬提出了評估在海洋環(huán)境中船舶防腐間接方法。建立防腐狀態(tài)評估矩陣后，利用壓縮模型驗證模擬結(jié)論。數(shù)值模擬與模型驗證的船舶水下金屬結(jié)構(gòu)防腐的薄弱區(qū)域一致。

6 結(jié)束語

腐蝕介質(zhì)、材料合金化及材料組織狀態(tài)對點(diǎn)蝕形核的產(chǎn)生都會形成極大的影響，環(huán)境、溫度、壓力等外界條件對點(diǎn)蝕行為的發(fā)生也同時起著不同的作用，為點(diǎn)蝕這一復(fù)雜問題的進(jìn)一步研究帶來困難。

1）目前，對于點(diǎn)蝕形成機(jī)理的相關(guān)研究，鈍化膜局部破壞理論、鈍化膜電位擊穿理論已得到眾多學(xué)者的認(rèn)可。

2）合金元素Cr、Ni含量的適量增加，可提高不銹鋼耐點(diǎn)蝕性能，且為點(diǎn)蝕當(dāng)量推斷材料抗點(diǎn)蝕能力提供基礎(chǔ)和依據(jù)。

3）控制焊接參數(shù)及有效的熱處理制度，降低焊接過程中冷卻速度，控制組織中鐵素體形態(tài)，提高點(diǎn)蝕電位，可有效避免點(diǎn)蝕行為的發(fā)生。

4）針對焊接接頭中點(diǎn)蝕易在熱影響區(qū)形核已形成共識。但現(xiàn)有的檢測手段對點(diǎn)蝕行為的觀察分析仍有一定不足，針對點(diǎn)蝕在薄弱區(qū)域的生長過程仍有很大的研究價值。伴隨著更加精確、更可靠、適用檢測環(huán)境更廣的檢測技術(shù)的出現(xiàn)并發(fā)展，對不銹鋼點(diǎn)蝕機(jī)理及點(diǎn)蝕過程將會進(jìn)行更加深入細(xì)化的研究，對焊接結(jié)構(gòu)在各種特殊環(huán)境下耐久、高效的應(yīng)用將具有巨大意義。