在《中国制造2025》强国战略实施的背景下,“结构高可靠、功能复合化、器件集成化”成为新一代材料与制造技术融合发展的重点课题。兼顾高强度、高效率、多功能的新型轻量化结构在众多材料中脱颖而出,其中激光焊接点阵结构集轻质、高比强度、抗爆减震和多功能化于一体,已广泛应用于海洋工程装备及高技术船舶等领域。
2025年4月29日,机电工程学院金属材料工程专业教师李少华博士在国际期刊Journal of Materials Science发表题为“Corrosion Resistance and Mechanical Properties of Laser-welded T-joints Exposed to Neutral Salt Spray and Simulated Seawater Immersion”学术论文,该论文研究了盐雾和海水环境下激光焊接T型接头的腐蚀行为、断裂机理。

在盐雾和海水环境下,激光焊接T型接头腐蚀产物分别为FeOOH+Fe3O4和CaCO3+Fe3O4,导致锈层厚度和孔率的不同。腐蚀速率呈现先升高后降低的趋势,但在海水环境下腐蚀速率下低于盐雾环境;由于激光焊接T型接头几何不连续和板条状组织特征,焊缝区域总体腐蚀速率高于母材。随着腐蚀的积累,其极限拉伸载荷略有下降,但最大强度退化达到10.63%;腐蚀条件对伸长率的缩短有显著影响,在盐雾和海水环境下,最大伸长率退化率分别为53.07%和63.32%。

焊缝区域主要受到穿晶腐蚀的影响,而母材则表现出沿晶腐蚀。对于未腐蚀的T型接头,断裂均发生在母材处;研究中发现了腐蚀后T型接头断裂位置转移现象:盐雾环境下,腐蚀初期断裂倾向于从母材转移到焊缝,并随着腐蚀的进行而再次转移至母材。腐蚀产物的积累阻碍了离子的继续渗透,腐蚀向母材扩散。在海水腐蚀环境下,断裂位置从母材转移到焊缝。针对以上现象,进一步对腐蚀参数进行了定量分析,揭示了断裂位置与累积腐蚀损伤之间的关系,明确了断裂位置从母材转移到焊缝的腐蚀损伤阈值为197~246。

该论文通过宏-微观腐蚀产物分析、电化学性能测试、力学性能表征等方法,系统研究了盐雾和海水环境下激光焊接T型接头的腐蚀行为,揭示了断裂位置与累积腐蚀损伤之间的定量关系,解决了激光焊接T型接头在腐蚀环境下断裂机制、位置转移、力学性能退化的时间相关性问题,为激光焊接点阵结构在海洋工程装备、高技术船舶等领域抗腐蚀设计提供了新思路,有望拓展至石化、核电等更多领域。