第1期 孙齐磊等：Q235管线钢焊接接头微区电化学行为 45。 区，母材、焊缝区以及熔合线试样在自然浸泡状态时 中，任何两个不同电极电位的微区域进行的电极反 的自腐蚀电位Em,绘制了它们的极化曲线如图5， 应，其平衡电位如比混合电位高则按阴极反应的方 并由此获得了相应的自腐蚀电流密度ir,测试结 向进行，反之则按阳极反应的方向进行，因此，其中 果列于表6.由表6中的测量数据可知，各局部区域 一个电极反应是阴极反应还是阳极反应可由电极反 的自腐蚀电位E㎡电位由高（相对更正）至低（相对 应的平衡电位同混合电位相比较而确定. 更负)和自腐蚀电流密度由小至大的顺序依次为：焊 从图6的组合关系可以看出，正火区相对于焊 缝区，母材，热影响区，熔合线.这一结果与从前述 缝区和母材，在所构成的原电池中将是阳极，而相对 微区极化曲线（图4获得的结果（表5）完全一致. 于过热区、不完全正火区、熔合线来说，它就成了对 应原电池中的阴极.因此，它在焊接接头中的存在 200 既加速了过热区、不完全正火区，熔合线等微区域的 400 腐蚀，也同时遭受到来自焊缝区和母材区域对自身 腐蚀过程的加速 600 从电化学电位的分析来看，熔合线和不完全正 -800 火区的电极电位相对最负，它们在这一多电极体系 中将遭受到最严重的加速腐蚀.从理论上分析，熔 -1000 合线和不完全正火区是焊接接头最易遭受腐蚀破坏 4 -3-2-101 Ig[i/(mA.cm)] 的薄弱部位，大量实践经验（如埋地管道钢的焊缝破 坏事故)也证明了这一研究结果， 1一母材：2一焊缝区：3一熔合线：4一热影响区 图5焊接接头热影响区、焊缝区，母材及熔合线的极化曲线 从电化学理论分析，在焊接接头上究竞哪个微 (J6A溶液，室温，扫描速度20mV·s一) 区域部位最先遭受破坏和遭受的破坏最严重，主要 Fig.5 Polarization curves of HAZ,weld zone,base metal and melt 取决于它们之间电极电位的相对差别，但也受到各 run on a welded joint of Q235 steel (J6A solution,ambient tempera- 个微区域在电化学电池中的极化性能以及不同微区 ture,scanning mate 20m V.s) 域之间的电阻通道和电阻大小的影响.原电池中的 表6焊接接头热影响区、焊缝区、母材及熔合线的自腐蚀电位E 阳极区和阴极区的极化率对应关系显然是影响原电 与自腐蚀电流密度i 池工作的重要动力学因素.相邻两个微区域之间通 Table 6 E and i of HAZ,weld zone,base metal and melt run 道距离最短且电阻最小，因此它们之间形成的电化 measured on the welded joint 学电池作用也将更为强烈.然而，原电池中阴极和 位置 Eo/mV i/(A'cm2) 阳极之间的电位差异则是原电池工作的原动力（即 焊缝区 -566 10.2 驱动力)，这是影响原电池存在和作用强度的最主要 熔合线 -703 325 影响因素 热影响区 -684 27.3 总的来看，由多个具有不同电极电位的微区域 母材 -607 126 构成的整个焊接接头材料体系中，各微区发生腐蚀 的敏感性由大到小依次为：熔合线，不完全正火区， 在图6中给出了本研究所测量的焊接接头各不 过热区，正火区，回火区，母材，焊缝区.因此，熔合 同热经历区的零电流电位相对关系分布图，据此可 线和不完全正火区将成为多电极体系腐蚀原电池中 以形象地识别它们之间的电位关系 的阳极区部位，最可能遭受到优先的腐蚀溶解：过热 焊接接头是一个多电极体系，它们在电解质溶 区的钝化电流密度较大（图4），故其腐蚀速率相对 液中构成了非常错综复杂的电化学电池关系.在这 较大，这也是一个易遭受腐蚀的敏感区域：焊缝区则 个多电极电池体系中，任何两个具有不同电极电位 在此多电极体系构成的腐蚀原电池中成为阴极区部 的微区域都将各自组成一个电偶电池，即腐蚀原电 位，腐蚀敏感性低且可能受到一定程度的阴极保护. 池，其中电极电位高者将成为原电池中的阴极，而电 由于焊缝和母材的成分以及组织状态的不同， 极电位低者则成为原电池中的阳极.在多电极体系 它们之间存在着电位差异.因此，如果焊缝和母材 中，有的电极区域在某一组电池中是阴极，而同时又 组成电偶对，根据方智等1四的研究.铁素体和珠光 能成为另一组电池中的阳极. 体等相电化学性能的差异，母材的电位要比焊缝的 由混合电位理论可知：在焊接接头多电极体系 电位更负，这样在焊缝一母材电偶对中母材作为阳区、母材、焊缝区以及熔合线试样在自然浸泡状态时 的自腐蚀电位 Eco rr, 绘制了它们的极化曲线如图 5, 并由此获得了相应的自腐蚀电流密度 ico rr, 测试结 果列于表 6 .由表 6 中的测量数据可知, 各局部区域 的自腐蚀电位 Eco rr电位由高( 相对更正) 至低( 相对 更负) 和自腐蚀电流密度由小至大的顺序依次为:焊 缝区, 母材, 热影响区, 熔合线.这一结果与从前述 微区极化曲线( 图 4) 获得的结果( 表 5) 完全一致. 1—母材;2—焊缝区;3—熔合线;4—热影响区 图5 焊接接头热影响区、焊缝区、母材及熔合线的极化曲线 ( J6A 溶液, 室温, 扫描速度 20 mV·s -1 ) Fig.5 Polarization cu rves of HAZ, weld zone, base metal and melt run on a welded joint of Q235 steel ( J 6A solution, ambien t t empera￾ture, scanning rate 20 m V·s -1 ) 表 6 焊接接头热影响区、焊缝区、母材及熔合线的自腐蚀电位 E corr 与自腐蚀电流密度 i corr Table 6 E corr and i corr of HAZ, w eld zone, base met al and melt run measured on the w elded joint 位置 E corr/ mV i corr / (μA·cm -2 ) 焊缝区 -566 10.2 熔合线 -703 32.5 热影响区 -684 27.3 母材 -607 12.6 在图 6 中给出了本研究所测量的焊接接头各不 同热经历区的零电流电位相对关系分布图, 据此可 以形象地识别它们之间的电位关系 . 焊接接头是一个多电极体系, 它们在电解质溶 液中构成了非常错综复杂的电化学电池关系 .在这 个多电极电池体系中, 任何两个具有不同电极电位 的微区域都将各自组成一个电偶电池, 即腐蚀原电 池, 其中电极电位高者将成为原电池中的阴极, 而电 极电位低者则成为原电池中的阳极.在多电极体系 中, 有的电极区域在某一组电池中是阴极, 而同时又 能成为另一组电池中的阳极. 由混合电位理论可知:在焊接接头多电极体系 中, 任何两个不同电极电位的微区域进行的电极反 应, 其平衡电位如比混合电位高则按阴极反应的方 向进行, 反之则按阳极反应的方向进行 .因此, 其中 一个电极反应是阴极反应还是阳极反应可由电极反 应的平衡电位同混合电位相比较而确定. 从图 6 的组合关系可以看出, 正火区相对于焊 缝区和母材, 在所构成的原电池中将是阳极, 而相对 于过热区、不完全正火区、熔合线来说, 它就成了对 应原电池中的阴极 .因此, 它在焊接接头中的存在, 既加速了过热区、不完全正火区 、熔合线等微区域的 腐蚀, 也同时遭受到来自焊缝区和母材区域对自身 腐蚀过程的加速. 从电化学电位的分析来看, 熔合线和不完全正 火区的电极电位相对最负, 它们在这一多电极体系 中将遭受到最严重的加速腐蚀 .从理论上分析, 熔 合线和不完全正火区是焊接接头最易遭受腐蚀破坏 的薄弱部位, 大量实践经验( 如埋地管道钢的焊缝破 坏事故) 也证明了这一研究结果 . 从电化学理论分析, 在焊接接头上究竟哪个微 区域部位最先遭受破坏和遭受的破坏最严重, 主要 取决于它们之间电极电位的相对差别, 但也受到各 个微区域在电化学电池中的极化性能以及不同微区 域之间的电阻通道和电阻大小的影响.原电池中的 阳极区和阴极区的极化率对应关系显然是影响原电 池工作的重要动力学因素.相邻两个微区域之间通 道距离最短且电阻最小, 因此它们之间形成的电化 学电池作用也将更为强烈 .然而, 原电池中阴极和 阳极之间的电位差异则是原电池工作的原动力( 即 驱动力) , 这是影响原电池存在和作用强度的最主要 影响因素. 总的来看, 由多个具有不同电极电位的微区域 构成的整个焊接接头材料体系中, 各微区发生腐蚀 的敏感性由大到小依次为 :熔合线, 不完全正火区, 过热区, 正火区, 回火区, 母材, 焊缝区 .因此, 熔合 线和不完全正火区将成为多电极体系腐蚀原电池中 的阳极区部位, 最可能遭受到优先的腐蚀溶解;过热 区的钝化电流密度较大( 图 4) , 故其腐蚀速率相对 较大, 这也是一个易遭受腐蚀的敏感区域 ;焊缝区则 在此多电极体系构成的腐蚀原电池中成为阴极区部 位, 腐蚀敏感性低且可能受到一定程度的阴极保护. 由于焊缝和母材的成分以及组织状态的不同, 它们之间存在着电位差异 .因此, 如果焊缝和母材 组成电偶对, 根据方智等[ 12] 的研究, 铁素体和珠光 体等相电化学性能的差异, 母材的电位要比焊缝的 电位更负, 这样在焊缝 -母材电偶对中母材作为阳 第 1 期 孙齐磊等:Q235 管线钢焊接接头微区电化学行为 · 45 ·