摘要：通过对焊接接头腐蚀行为展开研究，从而为优化地铁车体结构性能，提高不锈钢防腐蚀性能提供辅助作用。基于此，本文先是分析了试验研究的材料，分析了试验过程，并对试验结果进行了分析。通过研究焊接接头的腐蚀行为，有助于推动提高车体不锈钢结构抗腐蚀性能提升。
关键词：地铁；车体结构；不锈钢材料；焊接接头；腐蚀行为
引言：在地铁车体结构上，对于耐久性和适应环境性有着较高要求，地铁车体不锈钢材料凭借耐腐蚀性能和力学性能，被广泛使用在车体结构中。但是焊接操作会影响到不锈钢性能，使得不锈钢接头中出现腐蚀情况，影响到不锈钢结构的使用效果和美观性。因此，研究不锈钢焊接区域的腐蚀情况，对于优化车体结构材料质量具有促进意义。
1.试验分析
1.1试验材料
目前针对焊接接头的研究较多，主要是分析环境和工艺对腐蚀的影响。本文则主要分析不同区域上腐蚀行为的差异。本文使用奥氏体不锈钢的焊接接头进行试验，使用SUS301L不锈钢底板和301LN不锈钢筋板作为母材，使用焊丝作为填充材料，接头形式使用对接方式。需要开坡口，且坡口角度为45°。不锈钢和焊丝中都含有碳、硅、锰、铬、镍、磷等元素。使用线切割将焊接接头垂直获取焊接区域、热影响区域以及母材区域的样品，让各个区域得到完成保存。使用水砂纸对各个区域进行打磨，并使用侵蚀剂进行侵蚀，达到显晶效果。使用显微系统对各个区域显微组织进行观察，分析腐蚀情况。
图一 焊接接头结构
1.2电化学试验
使用显微镜对焊接接头进行分析，找到热影响区、焊缝区以及母材区，为电化学试验做好准备。在三个区域上进行取样，制作电极的工作面，在一端位置上焊接铜导线，使用环氧树脂包封样品，经过固化之后使用水砂纸进行打磨，放置到干燥器中储存。使用电化学工作站完成试验，利用三电极体系，将饱和甘汞电极当做参比电极，使用石墨电极作为辅助，制作人造海水溶液展开试验。在试验之前需要通入氮气除氧，按照0.5L/min的速度通气。在测试之前进行电位测试，在30min~60min之后继续进行实验。利用动电位扫描的方法获得测量极化曲线，从-0.8V向阳极方向完成扫描工作，在电极表面形成的钝化膜被破坏之后，停止扫描。阳极电流出现明显的增加。最后使用恒温水浴箱对焊接接头模拟海水浸泡试验，测试焊接接头的耐腐蚀能力，对比试验分析和浸泡腐蚀的结果。
2.试验结果讨论
2.1微观组织
地铁车体的不锈钢结构在焊接接头位置上的组织是奥氏体，在板材母材区域组织是由奥氏体晶粒以及铁素体构成，底板上由于铬含量高，轧制过程中带状铁素体增加。从而造成焊缝区含有大量铁素体，其晶粒体积小，和筋板与底板的熔合效果好。在过热区域受到焊接影响会输入大量热，晶粒尺寸比母材要大，筋板热影响区域晶粒的长大程度会更高。由于不锈钢焊接头成形受到外部能量源影响，且接头内部组织形态不一致，区域内电化学的电位不一致，使得活性元素会出现优先溶解，产生电化学腐蚀。在焊缝区域，母材晶粒分布均匀，焊缝区域和母材晶粒衔接紧密，有助于改进电化学不均匀的问题，让腐蚀原电池出现的倾向相对降低，让腐蚀区域耐腐蚀性明显提高。热影响区域上晶粒大小不一，底板的热影响区域受热后，会造成带铁素在边界位置析出，从而造成晶界贫铬，使得材料耐腐蚀性较差。
2.2全浸腐蚀形貌
焊接接头区域出现局部腐蚀，腐蚀形态呈现点蚀。焊缝区域和母材区间没有可视锈点，在显微镜下可以发现腐蚀坑的存在。在底板和筋板的热影响区上存在可视点蚀坑，在筋板热影响区域的表现更多，且分布密度更大。在不同区域表面存在腐蚀不一的情况，焊缝区域金属的基体使用高铬的焊丝，其腐蚀电位明显更高，表面形成氧化铬的钝化膜，在基体形成了良好的保护。在焊接过程中，底板和筋板影响区受到焊接热的影响，使得组织结构出现了变化，腐蚀电位出现负移，导致电偶腐蚀的出现，形成了腐蚀的阳极，加剧了区域腐蚀情况。
2.3焊接头耐腐蚀性
根据测试结果可以发现，母材区域、热影响区域出现点蚀之后，蚀孔逐渐扩大，但是蚀孔扩大程度明显好于焊缝区域，且钝化膜在破坏后自动完成修复。试验 结果可以表明点蚀的出现和扩大情况可以代表耐腐蚀性能。而控制点蚀出现要比抑制点蚀扩大更加重要，耐腐蚀能力最强的区域是筋板母材区。
在焊接接头区域中，耐腐蚀性存在差异，不锈钢中铬、氮、钼元素含量的增加会提高抗腐蚀能力，由于含铬元素高的材料有着更高的电极电位，更容易形成钝化膜，导致腐蚀介质无法穿过侵蚀基材。钼元素以离子形式存在于液膜中，减少金属出现的溶解。氮元素是稳定元素，有助于不锈钢形成奥氏体的组织，提高钝化膜的稳定性。在焊接区域，焊缝位置的铬含量最高，电极电位也最高，在焊缝区域中增加钼元素提升耐腐蚀能力，在筋板母材区域增加氮元素，也有助于提升耐腐性能。从接头区域的显微组织来分析，在焊缝区域和母材区域中金属组织存在有害相，会成为点蚀出现位置，让焊缝区域的耐腐蚀性能出现减弱。底板热反应区会析出带状铁，造成晶界区域贫铬，使得耐腐蚀性处于最低水平。
结论：综上所述，本文通过研究地铁车体结构中不锈钢材料的焊接接头区域出现的腐蚀问题，通过试验研究的方式，分析腐蚀行为。通过分析可以发现不同焊接区域的腐蚀活性不同，焊缝区域和母材区域有着较好的耐腐蚀性，底板热影响区腐蚀程度最为严重。通过分析焊接接头不同区域，发现母材区域、焊缝区域的耐腐蚀性更好，热影响区的耐腐蚀性较差。
参考文献：
[1]孙永铎，汪家梅，芦丽莉，王理，邱绍宇.321/690异种金属焊接接头的腐蚀疲劳行为研究[J/OL].热加工工艺，2019（05）：85-87+97[2019-03-26].
[2]刘涛，耿涛，钮旭晶.6082铝合金搅拌摩擦焊与MIG焊接头耐盐雾腐蚀性能[J].焊接技术，2019，48（02）：11-14.
论文作者:张传海
论文发表刊物:《基层建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/19
标签：区域论文; 车体论文; 晶粒论文; 底板论文; 不锈钢论文; 电极论文; 电位论文; 《基层建设》2019年第8期论文;