噴淋塔焊接時的化學反應

 

噴淋塔作為工業廢氣處理中的關鍵設備，其制造過程中的焊接工藝直接影響設備的性能和使用壽命。焊接過程中，金屬材料在高溫下與周圍環境發生復雜的物理化學變化，這些反應不僅影響焊縫的質量，還決定了噴淋塔的耐腐蝕性和結構穩定性。以下從金屬材料***性、焊接環境交互以及防腐機制三個維度，系統解析噴淋塔焊接時的化學反應及其作用。

 

 一、金屬材料在高溫下的氧化與還原反應

 

噴淋塔的主體材料多為不銹鋼（如304、316L）或碳鋼，部分場景使用玻璃鋼（FRP）。焊接時，金屬在高溫下與空氣中的氧氣、水蒸氣等發生劇烈反應：

1. 不銹鋼的氧化與鉻元素燒損  

   不銹鋼的耐腐蝕性依賴于表面形成的Cr?O?鈍化膜。焊接時，高溫（通常氬弧焊溫度超過1600℃）導致鉻元素與氧發生反應：  

   $$4Cr + 3O_2 → 2Cr?O?$$  

   若保護氣體（如氬氣）不足或焊接速度過慢，鉻元素過度燒損，會破壞鈍化膜的完整性，降低焊縫耐腐蝕性。

   

2. 碳鋼的氧化與脫碳反應  

   碳鋼焊接時，鐵與氧生成FeO或Fe?O?：  

   $$2Fe + O_2 → 2FeO$$  

   同時，高溫可能引發碳與氧的還原反應（脫碳）：  

   $$C + O_2 → CO_2↑$$  

   脫碳會削弱焊縫的力學性能，需通過控制熱輸入和焊后緩冷來抑制。

 

 二、焊接環境中的氣體交互反應

 

焊接區域的氣氛對化學反應有顯著影響：

1. 氬氣保護下的惰性環境  

   氬弧焊中，氬氣作為保護氣體隔***空氣，減少氧化。但若氬氣純度不足或流量不穩定，殘留的氧氣仍可能引發金屬氧化：  

   $$4Fe + 3O_2 → 2Fe?O?$$  

   生成的氧化物夾雜在焊縫中，形成夾渣缺陷，降低韌性。

 

2. 氫氣的吸附與氫致裂紋  

   若焊材或母材含濕，水分在高溫下分解產生氫氣：  

   $$2H_2O → 2H_2↑ + O_2↑$$  

   氫氣溶解于液態金屬后，在冷卻過程中因溶解度驟降而逸出，導致氫致裂紋。因此，焊前需烘干焊材并嚴格控制環境濕度。

 三、焊接熱影響區的腐蝕機理

 

焊接熱循環（加熱-冷卻）會改變母材的微觀結構，誘發局部腐蝕：

1. 晶間腐蝕  

   不銹鋼在敏化溫度區間（400-850℃）內，碳與鉻結合形成Cr??C?顆粒，導致晶界貧鉻：  

   $$Cr + C → Cr??C?$$  

   貧鉻區無法形成鈍化膜，在腐蝕性介質中發生晶間腐蝕。可通過添加穩定化元素（如Ti或Nb）或采用低碳焊材緩解。

 

2. 電化學腐蝕  

   焊縫與母材的化學成分差異形成微電池效應。例如，不銹鋼焊縫中的鐵素體相與奧氏體母材電位不同，在含氯離子環境中發生電化學腐蝕：  

   $$Fe → Fe²? + 2e?（陽極反應）$$  

   $$Cr?O? + 6H? + 3O? → 2Cr³? + 3H?O（陰極反應）$$  

   需通過焊后熱處理（如固溶處理）均勻化組織，降低電位差。

 

 四、焊接參數對化學反應的調控

 

1. 溫度控制  

   過高的焊接溫度加劇氧化和元素燒損，過低則導致未熔合缺陷。例如，304不銹鋼焊接時，層間溫度需控制在150℃以下，以避免晶粒粗化。

 

2. 氣氛保護  

   氬氣流量需達到8-12L/min，確保熔池完全覆蓋，防止空氣侵入。對于高硫環境，可改用97.5%Ar+2.5%CO?混合氣體，減少飛濺和氣孔。

 

3. 焊后處理  

   酸洗鈍化（如硝酸溶液處理）可去除焊縫表面的氧化物，重新形成致密鈍化膜；而高溫回火（600-700℃）能消除殘余應力，改善耐腐蝕性。

 

 結語

 

噴淋塔焊接時的化學反應是材料科學、冶金學與工藝工程的交叉體現。從鉻元素的氧化保護到晶間腐蝕的防控，每一步都需***調控焊接參數與環境條件。未來，隨著激光焊接、攪拌摩擦焊等先進工藝的應用，如何進一步抑制有害反應、提升焊縫綜合性能，仍是噴淋塔制造技術的重要研究方向。