不少客户都遇到过这种情况:明明用的是304,焊完没几天,焊缝周围就冒出一圈黄锈或黑斑,第一反应往往是“材料是假的”。其实这和材质真假关系不大,真正的原因是焊接把不锈钢的防护层破坏了,而且破坏的途径不止一种。
不锈钢之所以耐蚀,靠的是表面那层极薄的富铬氧化膜(钝化膜),厚度只有几纳米,破损后在有氧环境下还能自我修复。而焊接产生的高温、氧化和污染,恰好从三个方向同时攻击这层膜。
首先是氧化色和贫铬层。焊缝及热影响区在300—800℃区间暴露在空气中,表面会依次出现金黄、蓝紫到灰黑的氧化色。这层氧化皮本质上是铬的氧化物,它在生成时会把表层下方的铬“抽走”,留下一层贫铬区。肉眼看着只是变了颜色,实际上该处的抗点蚀能力已经大幅下滑,锈蚀往往就从这里开始。颜色越深(偏蓝黑),说明受热越重,隐患越大。
其次是敏化导致的晶间腐蚀。奥氏体不锈钢在450—850℃停留时间过长,碳会与铬结合,在晶界析出Cr??C?碳化物,使晶界附近的铬含量降到12%以下。材料会沿着晶界被腐蚀,表现为焊缝两侧一条窄带先烂、甚至掉渣。这也是为什么接触腐蚀介质的重要结构要选304L/316L(低碳)、控制焊接线能量和层间温度、加快冷却,或者改用321、347这类稳定化牌号。
第三是外来铁污染,这一条最容易被误判。打磨用的碳钢砂轮片、钢丝刷、与碳钢混放的台架、定位焊飞溅,都会把游离铁颗粒压进不锈钢表面。这些铁颗粒自己先锈,形成浮锈斑点,让人误以为“不锈钢生锈了”。严格来说这不属于不锈钢自身失效,但不仅难看,铁污染处还会成为点蚀的起点。因此车间必须做到工具专用、场地隔离,打磨要用不锈钢专用或氧化铝、玻璃珠等不与碳钢共用的磨料。
酸洗和钝化是两个不同的工序,常被混为一谈。酸洗是用氢氟酸加硝酸的混合酸(或酸洗膏),把氧化皮连同下面的贫铬层一起溶掉,去除量在几微米到十几微米,相当于“剥掉坏掉的那一层”;钝化则是用硝酸或柠檬酸,主要作用是清除表面游离铁,并促使富铬钝化膜重新长出来,几乎不损耗基体。也就是说:有氧化色的地方必须先酸洗,光钝化没用;只有游离铁污染、没有氧化色的地方,钝化就够了。
施工顺序同样关键,第一步必须是去油脱脂。表面有油污,酸液接触不到金属,泡多久都白搭。标准流程是:脱脂→水洗→酸洗→水洗→钝化→水洗→干燥。冲洗水要用低氯离子水(最好用去离子水),氯离子残留会直接导致闪锈。另外要清楚,酸洗钝化只能救表面,救不了已经敏化的组织和力学性能;如果材料已严重敏化或存在裂纹,该返修还得返修。氢氟酸危险性极高,操作必须配齐防护和废液处理;现场焊口常用酸洗膏局部处理,涂敷时间按厂家说明,过久会把表面蚀粗。
最好的办法还是从源头减少氧化。氩弧焊要做好正面保护和背面充氩,选用合适的保护气体(奥氏体可加少量氢气),控制电流和层间温度,尽量减小热输入。保护做得好,焊缝呈银白或浅金色,后续处理量小得多,耐蚀性也最接近母材。