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316L不锈钢焊缝联合防护技术研究.pdf

  • 上传人:first2
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  • 上传时间:2021-09-08
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    316 不锈钢 焊缝 联合 防护 技术研究
    资源描述:
    收稿日期:2 0 1 6 - 0 9 - 0 4 基金项目: 北京市自然科学基金资助项目(3 1 5 2 0 1 1) ; 北京市重点实验室开放课题基金(K F 2 0 1 1 - 0 1) 。 作者简介: 杨远航(1 9 9 3) , 男, 在读硕士, 研究方向为材料的腐蚀与防护研究, E - m a i l:7 9 1 6 6 4 5 3 3q q . c o m; 车俊铁(1 9 6 0) , 博士, 教授, 研 究方向为金属材料的腐蚀与防护及无损检测, 通信联系人,E - m a i l:c h e j u n t i e b i p t . e d u . c n。 第2 5卷第1期 2 0 1 7年3月 北京石油化工学院学报 J o u r n a l o fB e i j i n gI n s t i t u t eo fP e t r o c h e m i c a lT e c h n o l o g y V o l . 2 5N o . 1 M a r . 2 0 1 7 文章编号: 1 0 0 8 - 2 5 6 5(2 0 1 7)0 1 - 0 0 3 0 - 0 6 3 1 6 L不锈钢焊缝联合防护技术研究 杨远航, 车俊铁, 顾艳红, 赵杰, 杨晓宇, 张建军 ( 北京石油化工学院 机械工程学院, 北京1 0 2 6 1 7) 摘要: 利用阴极保护和涂层相结合的联合保护技术提高3 1 6 L不锈钢焊缝的耐腐蚀性能。通过测量试样的阴 极极化曲线, 分析了涂层和阴极保护之间的相容性; 通过测量带有涂层的焊缝附近的极化曲线, 确定了其自腐蚀电 位; 通过测量焊件不同区域的交流阻抗B o d e图, 并利用相关计算方法得出各区域的最佳保护电位; 最后, 利用保护 度计算公式对焊件三区联合保护效果进行比较分析。结果表明: 环氧煤沥青涂层与阴极保护之间具有良好的相容 性, 带涂层的不锈钢焊缝在阴极最佳保护电位下, 腐蚀速率大大降低。因此, 联合保护能够使不锈钢焊缝区达到很 高的保护度。 关键词: 3 1 6 L不锈钢;环氧煤沥青涂层;电化学阻抗;最佳保护电位;联合保护 中图分类号:T G 4 5 7文献标志码: AD O I:1 0. 1 2 0 5 3/ j . i s s n . 1 0 0 8 - 2 5 6 5. 2 0 1 7. 0 1. 0 0 7 S t u d yA b o u tC o m b i n e dP r o t e c t i o no f3 1 6 LS t a i n l e s sS t e e lW e l d i n g YANGY u a n h a n g,CHEJ u n t i e , GUY a n h o n g,Z HAOJ i e,YANGX i a o y u,Z HANGJ i a n j u n (B e i j i n gI n s t i t u t eo fP e t r o c h e m i c a lT e c h n o l o g y,C o l l e g e o fM e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g,B e i j i n g1 0 2 6 1 7,C h i n a) A b s t r a c t:T o i m p r o v e t h e c o r r o s i o n r e s i s t a n c e o f 3 1 6 L s t a i n l e s s s t e e l w e l d i n g,c o m b i n e d p r o t e c t i o nw h i c hi n v o l v e d c a t h o d i cp r o t e c t i o na n dc o a t i n gp r o t e c t i o nw a sa p p l i e dt ot h es a m p l e . T h ec o m p a t i b i l i t y b e t w e e ne p o x yc o a lt a rc o a t i n ga n dc a t h o d i cp r o t e c t i o n w a sa n a l y z e d b y m e a s u r i n gc a t h o d i cp o l a r i z a t i o nc u r v e s .T h ec o r r o s i o np o t e n t i a lw a so b t a i n e db y m e a s u r i n g p o l a r i z a t i o nc u r v e s a r o u n dt h es t a i n l e s ss t e e lw e l d i n g .T h eo p t i m u m p r o t e c t i v ep o t e n t i a lw a s o b t a i n e d b y u s i n g c o r r o s i o n c o r r e l a t i o n c a l c u l a t i o n m e t h o d st o m e a s u r e t h e e l e c t r o c h e m i c a l i m p e d a n c e s p e c t r o s c o p ya t d i f f e r e n tw e l d i n g z o n e s . F i n a l l y,a c o m p a r a t i v e a n a l y s i sw a s c o n d u c t e d o nt h ee f f e c t o f c o m b i n e dp r o t e c t i o na t d i f f e r e n tw e l d i n gz o n e s . T h e r e s u l t s s h o wt h a t g r e a t c o m- p a t i b i l i t yb e t w e e ne p o x yc o a l t a rc o a t i n ga n dc a t h o d i cp r o t e c t i o ne x i s t s . T h eo p t i m u mp r o t e c t i o n p o t e n t i a lo ft h ec o a t i n gs a m p l ec a no b v i o u s l yr e d u c et h ec o r r o s i o nr a t ei nc a t h o d i cp r o t e c t i o n s y s t e m. T h e r e f o r e,t h ec o m b i n e dp r o t e c t i o nc a ng u a r a n t e eag r e a tp r o t e c t i o nd e g r e e . K e yw o r d s:3 1 6 Ls t a i n l e s s s t e e l;c o a l t a r e p o x yc o a t i n g;e l e c t r o c h e m i c a l i m p e d a n c e s p e c t r o s c o p y; t h eo p t i m u mp r o t e c t i v ep o t e n t i a l;c o m b i n e dp r o t e c t i o n 3 1 6 L不锈钢是为改善其耐腐蚀性能而发展起 来的一种超低碳奥氏体不锈钢, 具有优良的耐腐蚀 性能 1, 在海洋工程中应用广泛2。但是焊接后, 其 焊缝区往往会产生严重的局部腐蚀, 加速腐蚀进程, 降低焊件的使用寿命 3。为了减少腐蚀危害, 阴极 保护、 涂层保护及联合保护被大量应用。 阴极保护是将被保护金属作为阴极以减少或防 止金属的腐蚀, 该方法是防腐的有效手段之一 4 - 5。 万方数据 孙兆栋等 6采用失重法、 电化学等方法研究了阴极 保护对3 1 6 L不锈钢在海水中的腐蚀保护效率; 李 天等 7发现咸淡水交替海域中外加电流阴极保护技 术能够对工程钢提供良好的保护。阴极保护虽然能 从根本上防止腐蚀的发生, 但是需要消耗大量的保 护电能, 对于整个系统来说都是不经济的 8。涂层 保护可以避免腐蚀介质和基体之间的直接接触, 减 缓腐蚀速度。姚新阳等 9通过冲蚀腐蚀试验发现表 面激光熔覆层对3 1 6 L不锈钢耐腐蚀性能有显著的 提高。F ANG等 1 0利用 E D S、S EM、X R D等方法考 察了在酸性溶液中3 1 6 L不锈钢的N i - C u - P合金涂 层能够有效改善其耐腐蚀性能。虽然涂层对提高 3 1 6 L耐蚀性效果显著, 但是其对于金属表面质量要 求较高, 否则涂层会出现针孔和漏点等缺陷。管线 涂层漏点造成的集中点蚀比未带涂层管线的腐蚀后 果更加严重 1 1。 近些年随着技术的发展, 联合保护在工程中的 应用越来越广泛 1 2 - 1 4。联合防护中涂层和阴极保 护相互补充。在初期, 涂层完整性好, 所需阴极极化 电流较小, 腐蚀防护以涂层为主; 中后期涂层劣化破 损, 基底金属暴露, 阴极极化电流增加, 阴极保护重 要性提升。因此, 联合保护在整个服役过程中都能 起到很好的保护作用。杨海等 1 5利用电化学阻抗 技术研究了阴极保护对涂层性能的影响, 发现阴极 保护在一定程度上降低了环氧粉末涂层的性能; 李 成杰等 1 6结合海洋阴极保护参数设置经验认为提 高初始电流密度和阴极保护联合涂层是深海阴极保 护的重要保护措施; B r i o u a等 1 7对阴极保护下的金 属陶瓷涂层进行了浸泡实验, 发现腐蚀最开始总是 发生在涂层缺陷处, 然后向周围扩散; B u l b u lF e r h a t 等 1 8发现: 沉积在3 1 6 L钢片上的 N i-B镀层可以直 接为基体提供阴极保护, 且不会失去基体的原始属 性。阴极保护和涂层相辅相成, 显示出联合保护的 优异效果及经济效益 1 9。 上述研究均较少涉及到联合保护中最佳保护电位 的数值计算及阴极保护对涂层性能的影响, 而联合保 护中最佳保护电位的计算对于实际工程中能源的节约 有着重要的作用, 对于阴极保护对涂层性能的影响及 涂层与阴极保护之间相容性的研究有助于提高联合保 护中涂层的使用寿命, 能够产生巨大的经济效益。 1实验 1 . 1焊接试样制备 焊接母材为奥氏体不锈钢无缝钢管, 焊条为 A 0 2 2奥氏体不锈钢焊条, 采用逆频直流手工电弧焊 机进行焊接。采用4组不同的工艺进行焊接: 第1组 在焊接工艺参数范围内, 保证焊接的平稳( 一道焊缝 1次焊成, 不允许中途熄弧) ; 第2组在焊接工艺参数 范围内, 尽量使用低焊接电流; 第3组在焊接工艺参 数范围内, 尽量提高焊接速度; 第4组在焊接工艺参 数范围内, 尽量使用低电流、 高速度焊接, 以得到最低 线能的焊接效果。电流、 速度参数范围如表1所示。 表1基本焊接工艺参数 T a b l e1P a r a m e t e r t a b l eo f b a s i cw e l d i n gp r o c e s s e s 项目焊接电流/A 焊接速度 / (mmm i n-1) 焊条直径/mm 打底焊 8 01 0 01 5 01 6 02 . 5 盖面焊 1 0 01 1 01 6 01 8 03 . 2 1 . 2电化学实验 1 . 2 . 1动电位极化曲线 将试样置于4
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