淺析不銹鋼水箱焊縫漏水原因及對(duì)策

1、淺析不銹鋼水箱焊縫漏水原因及對(duì)策 摘要：針對(duì)不銹鋼焊接處出現(xiàn)的漏水情況，分析原因，提出改善措施。 關(guān)鍵詞：焊縫漏水，腐蝕，焊接質(zhì)量，改善措施 0 前言 在國內(nèi)，由于水資源的緊缺和工業(yè)循環(huán)用水的比率提高，不銹鋼水箱仍然是不可替代的產(chǎn)品。此外，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化建設(shè)的加快，高層建筑日益增多，高層住宅生活消防供水水箱的需求也在不斷增加，而不銹鋼水箱因其重量輕，強(qiáng)度高，耐腐蝕，不滋生青苔，安裝方便，便于清洗，等諸多優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用，這使不銹鋼水箱行業(yè)蓬勃發(fā)展。但不銹鋼水箱在使用中也有問題出現(xiàn)。在使用一段時(shí)間后，極易產(chǎn)生不銹鋼焊接處腐蝕漏水的問題，從而導(dǎo)致水質(zhì)污染、供水設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定，甚至產(chǎn)

2、生相應(yīng)的安全隱患等諸多問題，影響人們的身體健康與正常生活生產(chǎn)。本文通過對(duì)一焊接處腐蝕漏水的不銹鋼水箱的觀察分析，提出相應(yīng)的改善措施。 1 問題解析 觀察焊縫腐蝕水箱的外觀（見圖1），可以看到在水箱模板與模板之間焊縫外側(cè)的模板上有棕褐色的類似鐵質(zhì)水箱產(chǎn)生的銹水。再細(xì)微觀察，發(fā)現(xiàn)距焊縫10mm左右的地方有很多長短不一的裂紋，裂紋走向呈樹杈狀，焊縫表面高低不平。此外，觀察水箱內(nèi)部，可以發(fā)現(xiàn)，水垢滿面，清除水垢后，可以看到焊縫線上大大小小的點(diǎn)狀腐蝕（圖2）。 上述都是腐蝕的特征。眾所周知，不銹鋼抗腐蝕性能好，但為什么會(huì)腐蝕呢？不銹鋼耐腐蝕是因其中含鉻量超過12.5%時(shí)，氧化性活潑的鉻會(huì)在鋼的表面迅速與

3、氧形成堅(jiān)固、致密的富氧鈍化膜，有效隔離氧的進(jìn)一步侵入，所以能抗均勻腐蝕。但在水中，尤其在含cl-濃度較高的水中，由于cl-可在某些局部部位（在含cl-的水中最易發(fā)生腐蝕的是焊接區(qū)域，該區(qū)經(jīng)受過高溫加熱后，性能劣化，抗腐蝕性能降低。）對(duì)富氧鈍化膜起破壞作用，導(dǎo)致發(fā)生局部腐蝕。而局部腐蝕速比均勻腐蝕速度要快得多，往往導(dǎo)致鈍化膜失效而致使不銹鋼腐蝕。 對(duì)腐蝕機(jī)理的進(jìn)一步分析：304不銹鋼的固溶狀態(tài)為奧氏體組織，其在焊接過程中，特別是當(dāng)焊接影響區(qū)的金屬在敏化溫度時(shí)，固溶的過飽和碳向晶粒間界的擴(kuò)散比鉻的擴(kuò)散快，因碳含量大于0.03%，促使晶界附近的碳化合和鉻形成cr23c6的碳化物，降低晶界附近鉻含量。

4、而在鋼中鉻的擴(kuò)散速度會(huì)很慢，很難在一定溫度的時(shí)間內(nèi)通過擴(kuò)散的方式補(bǔ)充晶界貧鉻區(qū)減少的鉻量，當(dāng)貧鉻區(qū)中的鉻含量被降低到12.5%以下，晶界區(qū)電位就會(huì)下降，在氧化性這個(gè)介質(zhì)中，鈍態(tài)被轉(zhuǎn)變?yōu)榛顟B(tài)，然而晶內(nèi)仍保持鈍態(tài)，并且電位高于晶界區(qū)，晶內(nèi)與晶界就形成了微電池，導(dǎo)致晶界附近的金屬加快腐蝕，造成晶間腐蝕，導(dǎo)致晶粒間的結(jié)合力喪失，材料強(qiáng)度近乎失效，這種腐蝕現(xiàn)象比較厲害。加上不銹鋼鈍化膜在高濃度cl-的水中時(shí)，半徑小、滲透力強(qiáng)的cl-易穿過不銹鋼鈍化膜，在極小的鎳層孔隙內(nèi)及顯微組織不均勻的部位會(huì)向基體遷移，與金屬接觸后形成可溶性氯化物，從而使不銹鋼氧化膜局部遭到了破壞，產(chǎn)生點(diǎn)蝕。在有點(diǎn)蝕的情況和腐蝕介質(zhì)作

5、用下，金屬表面沿晶界深入金屬內(nèi)部的腐蝕就形成了晶間腐蝕裂紋。此時(shí)再有應(yīng)力腐蝕產(chǎn)生則焊縫會(huì)開裂漏水。應(yīng)力腐蝕主要是在多種應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)的聯(lián)合作用下產(chǎn)生的，引起其的應(yīng)力主要有封頭冷壓加工應(yīng)力、封頭焊接時(shí)產(chǎn)生的焊接殘余應(yīng)力和通介質(zhì)水承受的工作應(yīng)力等。腐蝕介質(zhì)主要是cl-或cl-與溶解氧的共存體，其中cl-的主要來源于焊接材料以及各種形式帶入的水分（包括結(jié)晶水、化合水、吸附水、水蒸氣）以及介質(zhì)水中的cl-。溶解氧來源于空氣。金屬通過拉應(yīng)力會(huì)發(fā)生塑性變形，使得金屬滑移，導(dǎo)致面層氧化膜破損，與此同時(shí)又由于cl-能很強(qiáng)地進(jìn)入封頭面層的孔隙，使得本體金屬面形成正離子被腐蝕。而當(dāng)溶液中cl-濃度較高時(shí)，不需要溶

6、解氧這一條件就可以造成應(yīng)力腐蝕裂紋1。 通過觀察水箱焊接處腐蝕漏水的實(shí)際情況與腐蝕機(jī)理的分析，查閱相關(guān)的材料對(duì)其化學(xué)成分檢驗(yàn)，并對(duì)生產(chǎn)工藝的過程進(jìn)行觀察，得出了不銹鋼水箱焊接處腐蝕漏水的原因有介質(zhì)環(huán)境，材料選擇，焊接工藝，現(xiàn)場(chǎng)管理等多方面原因。 2改善措施 2.1 介質(zhì)環(huán)境 努力提高水質(zhì)，控制水質(zhì)條件，如濃度和含氧量。并定期清洗，清除水箱內(nèi)壁的cl-富集和濃縮物，避免腐蝕條件的形成。另外，對(duì)大型水箱可采取陰極保護(hù)方法。試驗(yàn)證明，不論采用外加電流還是犧牲陽極的方法，都能防止不銹鋼在高濃度cl-的濃液中開裂。 2.2 焊材選擇 選用含碳量較低或選用鈦元素（ti）含量較高5（c-0.02%）的焊材如

7、e385（904l），以形成穩(wěn)定的碳化物（tic），從而避免晶間腐蝕，減少焊縫漏水的發(fā)生。此外，用其它材料的焊縫處拋光底涂901-d瓷釉涂料兩道，表干后再涂901-z瓷釉涂料兩道；涂刷面要大于焊縫30mm，采用中航材料。 另外，也可以通過在焊縫中加入鐵素體形成元素，使焊縫形成奧氏體加少量鐵素體的雙相組織。這種組織能有效預(yù)防晶間腐蝕。因?yàn)樵诰Ы缣幊霈F(xiàn)貧鉻層，鉻能夠很快從鐵素體內(nèi)部得到補(bǔ)充，使得貧鉻層消失，數(shù)量減少的碳化鉻在奧氏體晶界上析出、不連續(xù)分布，單一奧氏體柱狀晶的方向性被打亂，從而使得貧鉻層貫穿于晶粒之間構(gòu)成腐蝕介質(zhì)的集中通道，晶間腐蝕傾向得以強(qiáng)化。但也需注意鐵素體含量的控制。實(shí)踐表明，5

8、%左右的鐵素體能獲得較滿意的抗晶間腐蝕性能。 2.3 焊接設(shè)備與方法 不銹鋼通常用的焊接方法一般是手工焊（mma），其次是金屬極氣體保護(hù)焊（mig/mag）、鎢極惰性氣體保護(hù)焊（tig）。對(duì)應(yīng)使用相應(yīng)的焊機(jī)，常用焊機(jī)mma有二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊機(jī)、mig/mag/tig有氬弧焊機(jī)。 2.3.1 焊前準(zhǔn)備 4mm以下的厚度直接焊接前提是不開破口，一次焊透單面。對(duì)于46mm厚度對(duì)接焊縫可采用不開破口接頭雙面焊。6mm以上，一般開v或u，x形坡口。其次，對(duì)焊件、填充焊絲進(jìn)行除油和去氧化皮，以保證焊接品質(zhì)。 2.3.2 考慮焊接參數(shù) 焊接參數(shù)包括：焊接電流，弧長，電弧電壓，鎢極直徑，焊接速度，保護(hù)氣流，

9、噴嘴直徑等。 2.4 焊接工藝 為防止產(chǎn)生晶間腐蝕和熱裂紋，采用奧氏體不銹鋼手工電弧焊。 在焊接規(guī)范方面應(yīng)采用小線能量，直道方式焊接（圖7）。此外在條件允許的情況下，也可以采取措施預(yù)熱水箱從而縮小溫差、連續(xù)捶擊焊縫使金屬伸長，以減小焊接殘余應(yīng)力。 在焊接順序方面，由于后一條焊縫的熱作用會(huì)對(duì)先焊焊縫的過熱區(qū)起到敏化溫度加熱的作用。交叉焊縫的布局應(yīng)避免，減少焊縫接頭。與腐蝕介質(zhì)接觸的焊縫如果無法安排最后焊接，則工藝參數(shù)應(yīng)調(diào)整，使后焊焊縫的敏化區(qū)不與第一面焊縫表面的過熱區(qū)重合2。 對(duì)于焊后接頭的冷卻處理，焊前不預(yù)熱，焊后應(yīng)盡可能加快接頭的冷卻，來減少接頭在危險(xiǎn)溫度的停留時(shí)間，提高接頭耐腐蝕能力。 此

10、外，固溶處理在焊后進(jìn)行，即焊后把接頭加熱到10501150，保溫1h后水淬。此時(shí)晶界碳化鉻被全部溶解，有些鈦和鈮的碳化物也被溶解，使得碳重新溶入奧氏體中，然后迅速冷卻，使碳來不及析出，奧氏體組織穩(wěn)定，消除晶界處的貧鉻層，避免產(chǎn)生晶間腐蝕?；蜻M(jìn)行均勻化處理即將奧氏體不銹鋼加熱到850900，保溫2h，使晶粒內(nèi)部的鉻也擴(kuò)散到晶粒邊界，使晶界鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)重新恢復(fù)到大于12%，從而消除晶界貧鉻層，同樣避免產(chǎn)生晶間腐蝕3。 2.5 現(xiàn)場(chǎng)管理 現(xiàn)場(chǎng)的嚴(yán)格規(guī)范管理同樣重要。為預(yù)防不銹鋼表面損傷，在坡口兩側(cè)刷涂石灰水或商品化的專用防飛濺劑，并在焊后徹底清除飛濺物、殘?jiān)缓附拥鼐€接頭在工件上要卡牢，以防止鐵銹進(jìn)

11、入水箱后造成銹斑及發(fā)生打弧或過燒現(xiàn)象；禁止在坡口之外的焊件上隨處任意打弧。此外還有一些關(guān)于鋼材的貯存及運(yùn)輸?shù)奶幚硪惨?jǐn)慎；鋼材表面光滑平整，避免碰撞或摩擦損傷，劃線下料時(shí)不用劃針和不要打沖眼；盡可能用等離子弧切割下料，機(jī)械加工，避免用碳弧切割；零部件最好冷壓成形，熱壓成形時(shí)應(yīng)檢查耐蝕性的變化，并做相應(yīng)的熱處理；焊接前后熱處理時(shí)，加熱前須將鋼材表面污物洗凈，以免加熱時(shí)產(chǎn)生滲碳；表面處理須嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，以表面呈均勻的銀白色為宜；水箱焊成后應(yīng)用清水仔細(xì)沖洗2。 2.6 連接方式 可考慮采用防腐耐蝕的螺栓外部連接代替焊接，直接避免焊接工藝帶來的不利一面（圖8、9）。實(shí)踐表明，這種無焊接復(fù)合水箱模塊組成的水箱在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)保型、水箱貯水保水、使用壽命等方面，效果良好。 3 結(jié)語 為了延長水箱產(chǎn)品的使用壽命，首先要控制進(jìn)水水質(zhì)條件，盡量提高水質(zhì)，控制cl-濃度和氧含量；材料上應(yīng)選擇母材的