核電316L不銹鋼焊縫腐蝕及其監(jiān)測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、自福島核電站事故之后，核電安全特別是核電站材料與設(shè)備的安全成為人們關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。316L不銹鋼因?yàn)槠鋬?yōu)良的加工性能、耐蝕性能以及高溫抗氧化性能被廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)壓水堆核電站一、二、三回路管道設(shè)備中。由于安裝施工管道設(shè)備操作的需要，大部分316L不銹鋼管道采用焊接方式連接。焊接工藝的不同、焊接過(guò)程中焊接溫度不同、焊接后冷卻方式的不同等諸多因素都會(huì)造成316L不銹鋼原本的元素成分和分布、組織形貌、力學(xué)性能等相關(guān)狀態(tài)的改變。這種改變的后果

2、一般是使得316L不銹鋼在焊接接頭和焊縫處優(yōu)先發(fā)生選擇性腐蝕，從而嚴(yán)重威脅到核電站的安全與可靠運(yùn)行。因此開展316L不銹鋼焊縫腐蝕的研究工作，對(duì)提高核電站設(shè)備的運(yùn)行性能、延長(zhǎng)系統(tǒng)壽命、評(píng)測(cè)腐蝕狀況以及開展維修防護(hù)等工作都具有重要的意義。本文主要針對(duì)不同焊接工藝對(duì)316L不銹鋼焊縫腐蝕的影響、機(jī)理及電化學(xué)檢測(cè)技術(shù)開展研究。
　　 當(dāng)前，用于不銹鋼焊縫腐蝕最主要的一種研究方法是電化學(xué)研究法。根據(jù)研究重點(diǎn)和原理的不同，電化學(xué)研究方法可

3、以分為傳統(tǒng)電化學(xué)研究方法以及具有時(shí)間-空間分辨能力的新型電化學(xué)研究方法。傳統(tǒng)電化學(xué)研究方法包括陽(yáng)極極化曲線、交流阻抗譜、電化學(xué)噪音等。它側(cè)重的是測(cè)試樣品表面整體電化學(xué)參數(shù)信息，從宏觀角度對(duì)焊接樣品腐蝕行為進(jìn)行分析。因?yàn)槠淅碚撏晟瞥墒欤写罅康纳唐坊瘍x器用于實(shí)驗(yàn)室乃至工程檢測(cè)。具有時(shí)空分辨能力的新型電化學(xué)方法包括掃描微探針、掃描Kelvin探針等。它們從微觀的角度對(duì)焊接樣品不同區(qū)域腐蝕產(chǎn)生發(fā)展的過(guò)程進(jìn)行測(cè)試分析，從而為腐蝕機(jī)理研究和準(zhǔn)確監(jiān)

4、測(cè)提供理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。本文利用電化學(xué)研究方法結(jié)合表面微觀分析技術(shù)如SEM、EMPA等，對(duì)不銹鋼焊接樣品的腐蝕行為進(jìn)行全面觀測(cè)和闡釋。最后，試圖根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及理論依據(jù)開發(fā)出一種用于快速檢測(cè)焊縫腐蝕行為的陣列電極技術(shù)。主要結(jié)果如下:
　　 (1)應(yīng)用動(dòng)電位陽(yáng)極極化曲線、交流阻抗譜兩種常規(guī)電化學(xué)測(cè)試技術(shù)對(duì)316L不銹鋼焊接樣品的腐蝕電化學(xué)行為參數(shù)進(jìn)行研究。結(jié)果表明，焊接樣品的耐蝕性能比未焊接樣品明顯降低。在氯離子濃度較低時(shí)，CO2

5、保護(hù)焊接樣品的耐蝕性能略優(yōu)于氬弧焊接樣品;當(dāng)氯離子濃度較高時(shí)，氬弧焊接樣品的耐蝕性能更強(qiáng)。同時(shí)，氯離子濃度越高316L不銹鋼的耐蝕性能越差。次氯酸根離子濃度對(duì)316L不銹鋼耐蝕性能也有一定影響。
　　 (2)應(yīng)用具有空間分辨能力的掃描Kelvin探針、掃描微參比電極技術(shù)研究?jī)煞N焊接樣品的微區(qū)耐腐蝕性能。結(jié)果表明，在大氣環(huán)境下，兩種焊接樣品平均耐腐蝕性能相似，母材區(qū)較焊縫區(qū)耐蝕性能好。同時(shí)，在不同濃度FeCl3溶液腐蝕后，氬弧焊樣

6、品焊縫區(qū)的耐蝕性和鈍化性能均較CO2保護(hù)焊樣品焊縫區(qū)強(qiáng)。
　　 (3)應(yīng)用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡以及電子探針技術(shù)分析氬弧焊和CO2保護(hù)焊兩種焊接工藝對(duì)316L不銹鋼組織結(jié)構(gòu)和元素成分的影響。結(jié)果表明，焊接樣品在焊縫區(qū)和熱影響區(qū)的組織結(jié)構(gòu)和元素成分均較母材樣品發(fā)生了變化。這種改變是316L不銹鋼焊接樣品耐蝕性能降低的原因之一。
　　 (4)研發(fā)了一種陣列參比電極技術(shù)，用于不銹鋼焊接樣品耐蝕性能的快速檢測(cè)。結(jié)果表明，陣列參比電