有色金屬等離子弧焊接熱處理與耐腐蝕性研究

李 鵬

（甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741025）

早在十九世紀五十年代初期，美國聯(lián)合碳化物公司便研究得出，把電弧經(jīng)過物理壓縮之后能夠使其能量集中，且射流速度變大、弧溫度升高。期初，這種壓縮電弧主要被應(yīng)用到切割領(lǐng)域當中。而隨著科學(xué)技術(shù)不斷進步，這種壓縮電弧也逐漸被應(yīng)用到有色金屬焊接當中[1]。等離子弧對非熔化極氣體保護電弧焊進行電磁收縮、熱壓縮和機械壓縮而產(chǎn)生的等離子體。在經(jīng)過電磁收縮、熱壓縮和機械壓縮之后，其溫度更高、能量更為密集且弧柱直徑相對較小，電離程度也變得更加充分。將其應(yīng)用到有色金屬焊接當中，不僅僅經(jīng)濟性能較好，且質(zhì)量也相對較高。基于此，本文主要深入研究了有色金屬等離子弧焊接的熱處理與耐腐蝕性。

1 有色金屬等離子弧焊接熱處理研究

（1）有色金屬等離子弧焊接特點。有色金屬等離子弧焊接難度相對較大，首先，有色金屬在等離子弧焊接過程當中極其容易受與氫氣、氮氣以及氧氣發(fā)生反應(yīng)，其反應(yīng)物將會嚴重的影響到焊接接頭的耐腐蝕性能與力學(xué)性能[2]。因此，在有色金屬等離子弧焊接過程當中需要對超過400攝氏度的焊接區(qū)域進行實時的氬氣保護，以此來防止高溫有色金屬與氫氣、氮氣以及氧氣接觸發(fā)生不良反應(yīng)；其次，有色金屬的導(dǎo)熱系數(shù)都相對比較偏低，在進行焊接時會其高溫區(qū)域偏大，停留時間較長，且冷卻速度相對較慢，因此，在其焊縫區(qū)和熱影響區(qū)當中極其容易產(chǎn)生粗大晶粒，使得熱組織塑形下降[3]。除此以外，在有色金屬等離子弧焊接過程當中，如果不小心混入了氫物質(zhì)，那么勢必會影響到其焊接頭的質(zhì)量，出現(xiàn)裂紋等問題。

（2）有色金屬等離子弧焊接熱處理狀況研究。有色金屬等離子弧焊接具有優(yōu)良的焊接性能、機械性能以及耐腐蝕性能，因此它被廣泛的應(yīng)用到航天航空行業(yè)、石油化工行業(yè)當中。熱處理工藝能夠有效的改善有色金屬的微觀組織。經(jīng)過研究表明，有色金屬等離子弧焊接機械性能的好壞、耐腐蝕性的強弱與其微觀組織有著極為密切的聯(lián)系。尤其是在其焊接過程當中，由于受熱不均勻且冷卻速度較快，使得焊接接頭處出現(xiàn)殘余應(yīng)力，進而導(dǎo)致其微觀組織不穩(wěn)，出現(xiàn)亞結(jié)構(gòu)問題。因此，在有色金屬等離子弧焊接過程當中，要及時處理焊接接頭處的殘余應(yīng)力，使不穩(wěn)定的亞結(jié)構(gòu)得以恢復(fù)。

2 有色金屬等離子弧焊接耐腐蝕性研究

有色金屬等離子弧焊接耐腐蝕指有色金屬在與等離子弧焊接之后所引起的有色金屬表面變質(zhì)或者破壞的現(xiàn)象。有色金屬等離子弧焊接耐腐蝕被認為是當前工程材料里面最為常見的一種腐蝕破壞形式，同時它也是當前世界各國腐燭學(xué)的主要研究內(nèi)容之一，包括物理化學(xué)腐燭與電化學(xué)腐蝕。我們平常所說的“生銹”就是指鐵基合金或者鋼鐵材料的腐蝕產(chǎn)物，“鐵銹”這種腐蝕產(chǎn)物是在水與氧氣的共同作用下所生成的，它主要是由含水氧化鐵組成的。而有色金屬在等離子弧焊接的影響下也會發(fā)展腐蝕破壞，當有色金屬發(fā)展腐蝕破壞以后它就會以其它產(chǎn)物的形式展示出來，比如鋅表面生成的“黑漆”、銅合金生成的“銅綠”等等。

（1）有色金屬腐蝕形態(tài)分類。有色金屬等離子弧焊接耐腐蝕形態(tài)主要有三種，分別是普遍性腐燭、局部腐燭以及應(yīng)力腐蝕。普遍性腐蝕又被稱之為全面腐蝕。當有色金屬與腐蝕介質(zhì)進行了直接接觸時就會發(fā)生普遍性腐蝕，導(dǎo)致有色金屬表面完全被腐蝕掉。普遍性腐蝕的危害性較小，且相對比較容易控制；有色金屬局部腐蝕是電化學(xué)腐燭的一種，最為常見的腐蝕行為分為縫隙腐蝕、絲狀腐燭、晶間腐蝕以及點偶腐燭等等，這種腐蝕往往危害性較大，無論是對有色金屬還是對人都有著嚴重的危害，因此，在工程應(yīng)用當中要嚴格注意有色金屬等離子弧焊接的局部腐蝕；有色金屬等離子弧焊接應(yīng)力腐蝕是指有色金屬在腐蝕介質(zhì)與應(yīng)力的同作用下所產(chǎn)生的腐蝕實效現(xiàn)象，它主要包括疲勞腐蝕、氫脆腐蝕、沖擊腐蝕、應(yīng)力腐蝕以及威震腐蝕等等。由于大多數(shù)金屬材料都會被作成機械產(chǎn)品的一部分被放置到一定的腐蝕和應(yīng)力環(huán)境之下，因此，應(yīng)力腐蝕是最為常見的一種有色金屬腐蝕形態(tài)，同時它也是影響機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)安全的一個重要隱患。

（2）有色金屬電極電位研究。當判斷有色金屬是否已經(jīng)發(fā)生電化學(xué)腐蝕時，首先可以把有色金屬本身的標準電極電位與其介質(zhì)當中所包含物質(zhì)的平衡電極電位進行比較，以此來進行觀察。如果此時有色金屬的電極電位高于平衡電極電位，那么則意味著有色金屬還沒有發(fā)生電化學(xué)腐蝕；如果有色金屬的電極電位低于平衡電極電位，那么則意味著有色金屬已經(jīng)發(fā)生了電化學(xué)腐蝕。

（3）有色金屬等離子弧焊接耐腐燭機理研究。有色金屬本身的化學(xué)性質(zhì)較為活潑，對多種金屬腐蝕介質(zhì)都能夠表現(xiàn)出較為良好的抗腐蝕性能。當有色金屬被暴露在大氣或者是含氧介質(zhì)里面時，有色金屬表面便會立刻形成一個堅固而又致密的氧化膜。這個氧化膜具有較強的保護作用，能夠有效的保護有色金屬，阻擋其與腐蝕介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。如果氧化膜被迫受到機械損傷，也會立刻形成一個新的的氧化膜，同時附著在有色金屬表面。隨著溫度以及極電位的不斷變化，氧化膜的厚度也會隨著其發(fā)生相應(yīng)的變化，以此來阻擋腐蝕介質(zhì)與有色金屬的表面直接接觸，從而達到其抗腐蝕作用。

當前，實驗室用于評定有色金屬等離子弧焊接耐腐蝕性強弱的方法主要有兩種，其中一種被稱之為失重法，此種方法簡單便捷。首先，將有色金屬放置于某一種腐蝕性溶液當中進行觀察，待觀察一段時間后，根據(jù)有色金屬損失的質(zhì)量來進一步判斷其耐腐蝕性。失重法的周期相對較長，往往需要12-19個月的觀察期。另外一種方法是塔菲爾曲線法，也就是通過極化曲線來測定有色金屬的自腐蝕電位，進而通過自腐蝕電位來衡量出有色金屬在此種腐蝕介質(zhì)當中耐腐蝕性的強弱。這種方法操作起來較為便捷，且周期相對較短。該方法在具體實踐當中能夠有效的得出有色金屬的耐腐蝕性以及影響其腐蝕的機理和因素，因此，塔菲爾曲線法已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到了有色金屬耐腐蝕性機理研究當中。

3 結(jié)語

總而言之，通過研究有色金屬等離子弧焊接熱處理與耐腐蝕性可以發(fā)現(xiàn)，等離子弧焊接作為一種新型的焊接技術(shù)，將其應(yīng)用到有色金屬焊接當中，不僅僅能夠有效的解決傳統(tǒng)焊接當中存在的接頭軟化、強度降低以及焊縫偏析等問題，同時還能夠提高有色金屬的焊接質(zhì)量和焊接效率，進而提高有色金屬的使用壽命。