大跨度钢结构焊接接头耐蚀性的研究

材料与方法

1.1 试样制备

本试验选用16mm厚的Q420C大跨度钢结构作为焊接对象，经过HW2000型高频红外硫磷分析仪Q8型直读光谱仪的成分分析。钢结构的具体化学成分，如表1所示。采用350型CO2气体保护焊机进行Q420C大跨度钢结构的单道次焊接，选用Φ1.2mm的CHW-60C焊丝。各试样的焊接工艺参数，如表2所示。

1.2 试验方法

焊接接头的中性盐雾腐蚀试验：不同焊接工艺参数下的大跨度钢结构CO2气体保护焊接头试样1～5，其中性盐雾腐蚀试验在FQY050型盐雾腐蚀试验箱中进行。试验过程依据国标GB/T 10125-1997《人造气氛腐蚀试验盐雾试验标准》进行，试验溶液为氯化钠水溶液（浓度=50g/L±5g/L， pH值=6.85±0.35），试验温度为35℃±2℃，试验时间240h。首先将试样在（105±3）℃烘箱中烘干并称量记录各试样的重量，试验过程中每24h取出试样，称量并记录各试样的质量损失。试样表面的盐雾腐蚀产物清除方法参照国标GB/T 16545-1996进行。

焊接接头的电化学腐蚀试验：不同焊接工艺参数下的大跨度钢结构CO2气体保护焊接头试样1～5，其电化学腐蚀试验在LK98B型微机电化学分析系统中进行。试验采用三电极体系：工作电极为各试样制备的电极，将测试面磨平抛光，并在测试面的对立面焊上铜线，然后用石蜡将测试面以外的所有面进行密封。试验温度为25℃±2℃、电解液为氢氧化钾溶液（浓度=6mol/L），扫描速度为0.003V/s；为了尽可能消除试样表面氧化物对测试过程的影响，测试各试样的Tafel曲线前先在-1.2V恒电位极化180s。

2 试验结果及讨论

2.1 中性盐雾腐蚀试验结果及讨论

不同焊接工艺参数下的大跨度钢结构CO2气体保护焊接头试样1～5，经过240h中性盐雾腐蚀后，其试验结果，如图1～3所示。从图1可以看出，焊接工艺参数对大跨度钢结构CO2气体保护焊接头的耐腐蚀性能产生较大的影响。其中试样1在腐蚀过程中的质量损失最大，当腐蚀240h后的质量损失率高达8.52%；而质量损失最小的是试样2，与试样1相比，试样2腐蚀240h后的质量损失率从8.52%减少至2.31%，减少了6.21%。

从图2可以看出，在其它工艺参数相同的情况下，随着焊接电流的增大，大跨度钢结构CO2气体保护焊接头在240h中性盐雾腐蚀后的质量损失率先减小后增大，即大跨度钢结构CO2气体保护焊接头的耐腐蚀性能先提高后降低。这主要是因为焊接电流过小或过大，都不利于形成高质量的焊接接头；若焊接电流过小则不能为焊接提供所需的足够能量，难以形成高质量的焊接接头；若焊接电流过大则过多的焊接能量堆积在焊接接头处，使接头过热，从而降低焊接接头的质量。

随着焊接速度的增大，大跨度钢结构CO2气体保护焊接头在240h中性盐雾腐蚀后的质量损失率也呈现出先减小后增大的变化趋势，即大跨度钢结构CO2气体保护焊接头的耐腐蚀性能先提高后降低。这主要是因为焊接速度太慢，相同时间内的焊接接头处的能量过大，造成焊接接头过热，降低焊接接头的质量使接头的耐腐蚀性能变差；如果焊接速度过快，则无法在相同时间内为焊接提供所需的足够能量，难以形成高质量的焊接接头，降低大跨度钢结构CO2气体保护焊接头的耐腐蚀性能。由此可以看出，为了大跨度钢结构CO2气体保护焊接头的耐腐蚀性能，焊接电流和焊接速度都不宜过大或过小。从提高大跨度钢结构CO2气体保护焊接头耐蚀性出发，优选试样2的焊接工艺参数。

2.2 电化学腐蚀试验结果及讨论

不同焊接工艺参数下的大跨度钢结构CO2气体保护焊接头试样1～5，在6mol/L氢氧化钾溶液中的电化学腐蚀试验结果，如图3所示。从图3可以看出，焊接工艺参数会对大跨度钢结构CO2气体保护焊接头的腐蚀电位产生影响，在本试验条件下，试样1的腐蚀电位最负、试样2的腐蚀电位最正；与试样1相比，试样的腐蚀电位从-1.074V正移至-0.918V，正移了156mV。众所周知，在其它条件相同的情况下，腐蚀电位愈正，材料的耐腐蚀性能越好。由此可以看出，试样1的耐碱液腐蚀性能最差、试样2的耐碱液腐蚀性能最好。此外，随着焊接电流从（130±10）A（试样1）增加至（170±10）A（试样3），腐蚀电位呈现出先正移后负移的变化趋势，即大跨度钢结构CO2气体保护焊接头的耐碱液腐蚀性能先提高后降低；随着焊接速度从（140±5）cm/min增大至（160±5）cm/min，腐蚀电位也先正移后负移，即接头的耐碱液腐蚀性能也先提高后降低。这与试样的中性盐雾腐蚀试验结果一致。综上所述，为了提高大跨度钢结构CO2气体保护焊接头的耐蚀性，优选试样2所采用的焊接工艺参数。

3 结论

1）焊接工艺参数对大跨度钢结构CO2气体保护焊接头耐蚀性产生较大的影响，在本试验条件下，优选的焊接工艺参数可使焊接接头中性盐雾腐蚀240h后的质量损失率从8.52%减少至2.31%，减少了6.21%；使其焊接接头在6mol/L氢氧化钾溶液中的腐蚀电位从-1.074V正移至-0.918V，正移了156mV。其优选的焊接工艺参数：焊接电流为（150±10）A、电弧电压（19±1）V、CO2气体流量，（19±1）L/min、焊接速度（150±5）cm/min。

2）随着焊接电流从（130±10）A增加至（170±10）A，大跨度钢结构CO2气体保护焊接头在240h中性盐雾腐蚀后的质量损失率先减小后增大、在6mol/L氢氧化钾溶液中的腐蚀电位先正移后负移，焊接接头的耐蚀性先提高后降低。

3）随着焊接速度从（140±5）cm/min增大至（160±5）cm/min，大跨度钢结构CO2气体保护焊接头在240h中性盐雾腐蚀后的质量损失率先减小后增大、在6mol/L氢氧化钾溶液中的腐蚀电位先正移后负移，焊接接头的耐蚀性先提高后降低。

参考文献

[1] 陈国虞，张政权，王在忠.海洋大气中钢结构用锌铝伪合金喷涂层防腐蚀体系[J].热处理，2011， 26（1）：10-16.

[2] 万全，刘晓华，刘记军，等.海洋大气环境下钢结构耐腐蚀涂装体系及耐蚀性快速测定[J].腐蚀与防护，2009（1）：56-58.

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