新型氧金红石WW70焊条水下湿焊参数对焊缝腐蚀行为的影响及其与商用金红石E6013焊条的对比研究

为解决水下湿焊(Wet Weld, WW)中传统金红石焊条(E6013)易产生氢裂纹和孔隙的问题，研究人员开发了新型氧金红石焊条WW70，通过电化学阻抗谱(EIS)和动电位极化(PDP)技术，系统评估了不同焊接电流(150A/180A)和深度(0.3m/30m)下DCEP(直流反接)极性焊缝的腐蚀行为。结果表明，WW70焊缝的极化电阻更高，腐蚀速率降低50%，为海洋工程焊接工艺优化提供了重要依据。

　　

海洋工程结构的维护与修复长期面临水下焊接技术的挑战，尤其是焊缝的腐蚀问题直接影响结构寿命。传统金红石型焊条(E6013)虽能形成美观焊缝，却因氢致裂纹和孔隙缺陷导致耐蚀性不足。更棘手的是，水下焊接默认采用DCEN(直流正接)极性，而反向极性(DCEP)会加速设备损耗——这一"极性悖论"现象自1973年被发现后长期制约工艺创新。为此，巴西联邦米纳斯吉拉斯大学团队联合Petrobras等企业，开发出新型氧金红石焊条WW70，其独特配方(Fe₂O₃+TiO₂)能兼顾氧化焊条的细晶优势与金红石焊条的力学性能，为解决这一工程难题提供了新思路。相关成果发表于《Journal of Materials Research and Technology》。

研究采用超高压舱模拟0.3-30米水深环境，通过重力机械化焊接装置进行屏蔽金属电弧焊(SMAW)。使用ASTM A-36结构钢基板，对比WW70与E6013焊条在150A/180A电流下的DCEP焊缝。通过光学发射光谱分析材料成分，电化学工作站测定3.5% NaCl溶液中焊缝的EIS和PDP曲线，结合SEM-EDS表征腐蚀形貌与元素分布。

焊接参数对腐蚀行为的影响

实验数据显示，WW70焊缝的Nyquist曲线半圆直径显著大于E6013，表明其极化电阻更高。在150A电流下，无论水深如何，WW70的相位角(-52°至-54°)最接近基材(-64°)，说明微观结构均一性更好。值得注意的是，E6013焊缝在浅水(0.3m)的腐蚀速率(0.4mm/年)比深水(30m)高63%，这与氢浓度随深度变化的规律相符。

微观结构与腐蚀机制

SEM显示WW70焊缝仅存在轻微点蚀，而E6013焊缝出现大面积剥落坑(直径>50μm)。EDS证实WW70的WM区域存在Ni元素(3% max)，其与Mo协同作用形成致密氧化膜。宏观电偶效应分析揭示：WW70焊缝中WM作为阴极受保护，HAZ/BM作为阳极被腐蚀；而E6013焊缝的WM反而成为阳极加速溶解。

极性悖论的突破性发现

尽管DCEP极性下WW70焊缝氢含量(20ml/100g)是DCEN的5倍，但其腐蚀速率仍比E6013低50%。这颠覆了传统认知，证明氧金红石配方能有效抑制反向极性带来的不利影响。最佳工艺参数为150A电流，此时腐蚀速率仅0.12-0.14mm/年。

该研究首次系统论证了氧金红石焊条在DCEP极性下的工程适用性，其通过优化微观组织(细晶+低氢)和元素配比(Ni/Mo)，显著提升焊缝耐蚀性。这不仅为海洋平台30米水深维修提供了新工艺选择，更开创性地拓展了水下焊接极性参数的设计空间。未来研究可进一步探索WW70在更深水域及动态载荷下的长期性能，推动相关标准(AWS D3.6M)的修订完善。