核電316L不銹鋼焊縫腐蝕及其監(jiān)測技術研究.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備的安全成為人們關注的一個熱點問題。316L不銹鋼因為其優(yōu)良的加工性能、耐蝕性能以及高溫抗氧化性能被廣泛應用于國內壓水堆核電站一、二、三回路管道設備中。由于安裝施工管道設備操作的需要，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造成316L不銹鋼原本的元素成分和分布、組織形貌、力學性能等相關狀態(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，從而嚴重威脅到核電站的安全與可靠運行。因此開展316L不銹鋼焊縫腐蝕的研究工作，對提高核電站設備的運行性能、延長系統(tǒng)壽命、評測腐蝕狀況以及開展維修防護等工作都具有重要的意義。本文主要針對不同焊接工藝對316L不銹鋼焊縫腐蝕的影響、機理及電化學檢測技術開展研究。
　　 當前，用于不銹鋼焊縫腐蝕最主要的一種研究方法是電化學研究法。根據研究重點和原理的不同，電化學研究方法可

3、以分為傳統(tǒng)電化學研究方法以及具有時間-空間分辨能力的新型電化學研究方法。傳統(tǒng)電化學研究方法包括陽極極化曲線、交流阻抗譜、電化學噪音等。它側重的是測試樣品表面整體電化學參數信息，從宏觀角度對焊接樣品腐蝕行為進行分析。因為其理論完善成熟，有大量的商品化儀器用于實驗室乃至工程檢測。具有時空分辨能力的新型電化學方法包括掃描微探針、掃描Kelvin探針等。它們從微觀的角度對焊接樣品不同區(qū)域腐蝕產生發(fā)展的過程進行測試分析，從而為腐蝕機理研究和準確監(jiān)

4、測提供理論和實驗依據。本文利用電化學研究方法結合表面微觀分析技術如SEM、EMPA等，對不銹鋼焊接樣品的腐蝕行為進行全面觀測和闡釋。最后，試圖根據實驗數據分析及理論依據開發(fā)出一種用于快速檢測焊縫腐蝕行為的陣列電極技術。主要結果如下:
　　 (1)應用動電位陽極極化曲線、交流阻抗譜兩種常規(guī)電化學測試技術對316L不銹鋼焊接樣品的腐蝕電化學行為參數進行研究。結果表明，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，CO2

5、保護焊接樣品的耐蝕性能略優(yōu)于氬弧焊接樣品;當氯離子濃度較高時，氬弧焊接樣品的耐蝕性能更強。同時，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316L不銹鋼耐蝕性能也有一定影響。
　　 (2)應用具有空間分辨能力的掃描Kelvin探針、掃描微參比電極技術研究兩種焊接樣品的微區(qū)耐腐蝕性能。結果表明，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，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保護焊樣品焊縫區(qū)強。
　　 (3)應用光學顯微鏡、掃描電鏡以及電子探針技術分析氬弧焊和CO2保護焊兩種焊接工藝對316L不銹鋼組織結構和元素成分的影響。結果表明，焊接樣品在焊縫區(qū)和熱影響區(qū)的組織結構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，用于不銹鋼焊接樣品耐蝕性能的快速檢測。結果表明，陣列參比電