16Mn管线钢的焊缝表面冲蚀机理研究

目的 在管道工程中,16Mn管线钢异径接头-管体焊缝(简称焊缝)表面冲蚀行为是引发失效的主要原因之一,通过研究焊缝余高和管体流体作用,以此来探究焊缝表面冲蚀机理.方法 以16Mn管线钢为研究对象,针对焊缝区表面冲蚀行为开展基础研究,通过电化学和腐蚀模拟实验,研究了流体初期焊缝区表面腐蚀行为,并通过流体模拟实验,研究了焊缝余高和流体速度对焊缝区冲蚀过程的影响,揭示了管线钢焊缝的冲蚀机理.结果 在腐蚀模拟实验中,焊缝、接头母体和管体的开路电位分别为?0.717、?0.686、?0.687 V,焊缝区发生电化学腐蚀的倾向在模拟腐蚀液中最严重,焊缝的自腐蚀电流密度为7.9μA/cm2,母材的自腐蚀电流密度为3.2μA/cm2,焊缝的电化学腐蚀倾向性更大,焊缝区金属腐蚀速率最大,在焊缝表面形成了疏松的FeO产物层.在流体模拟实验中,流体在焊缝余高作用下形成了湍流,流速的增加也提高了湍动能,流速为15 m/s和30 m/s时,焊缝凹槽的深度分别为3 mm和8 mm,焊缝凹槽相差5 mm.湍动能在焊缝余高的FeO腐蚀产物表面产生了变形磨损和切削效应,使得焊缝表面疏松的FeO产物层脱落,加速了腐蚀过程,最终形成了冲蚀凹陷区.结论 16Mn管线钢焊缝的冲蚀行为是腐蚀和流体冲蚀共同作用的结果,可分为初期的腐蚀和流体冲蚀两个阶段,形成了腐蚀与冲蚀循环交替过程.焊缝余高和流体速度对冲蚀影响较大,内焊缝余高和流体速度的增加将导致余高处的湍动能急剧增加,加速焊缝金属腐蚀产物层剥离,导致焊缝表面冲蚀.研究结果可以为管道失效行为和安全服役设计提供理论基础.