本成果提出了一种精确模拟焊接接头的模块化阵列电极及其制备方法。模块化阵列电极包括母 材模块、焊接热影响区模块和焊缝金属模块三种微电极模块，焊接热影响区模块位于母材模块和焊 缝金属模块之间。本成果采用对母材区、焊接热影响区、熔合区和焊缝区分别制样并按照焊接接头 的结构特点重新组合、复原的方法制备得到的阵列电极，在结构和性能上都非常接近一个实际的焊 接接头，模拟精确，面积比可调；通过模块化的组合和制备方式，既可实现对某一个模块中某一个 微电极的单独测试，也可实现对某一模块或所有模块的耦合测试和扫描测试，特别适合于多电极体 系的电偶腐蚀测试。

       技术特点及技术指标：

       本成果的优势在于：

     （1）模拟精确。采用对母材区、焊接热影响区、熔合区和焊缝区分别制样并按照焊接接头的结 构特点重新组合、复原的方法制备得到的阵列电极，在结构和性能上都非常接近一个实际的焊接接 头；焊接热影响区微电极通过焊接热模拟机获得，从而避免了在焊接接头上直接取材时，因焊缝金 属和母材之间界面不明显而出现混合电极的情况；熔合区微电极通过焊材与母材混合、重熔、热处 理获得，避免了因该区微小而无法辨认、难以切割取样的难题；在实际的焊接接头上，沿与焊缝平 行的方向将其垂直切割成薄片状电极，在很大程度上保持了焊接接头的纵向应力。

     （2）面积比可调。实际焊接接头可能会因焊接参数、坡口形式等因素的影响，导致母材、焊接 热影响区、熔合区以及焊缝金属四者之间面积比的不同，本发明可根据实际焊接工艺参数调整母材 模块、焊接热影响区模块、熔合区模块和焊缝金属模块中微电极的数量，即可改变焊接接头不同组 成部分的面积比；本发明可以根据测试需要调整焊接热影响区模块的种类及其微电极数量，即可改 变焊接接头的构成；本发明可以根据测试需要调整微电极的厚度及微电极之间的绝缘间距，即可改 变焊接接头局部腐蚀测量的精度和空间分辨率。

     （3）测试方便。通过模块化的组合和制备方式，即可实现对某一个模块中某一个微电极的单独测试，也可实现对某一模块或所有模块的耦合测试和扫描测试，特别适合于多电极体系的电偶腐蚀 测试。

图 1  精确模拟焊接接头的阵列电极试样

       应用领域：

       压力容器和管道在安装过程中大都需要通过焊接进行连接，以组成一个具有明确使用功能的工 程系统。而在压力容器和管道内部的工艺腐蚀环境中，由于焊接导致的材料的组织、成分以及应力 状态的不均一性，往往使得由焊缝金属、焊接热影响区及母材共同组成的焊接接头成为流程工业和 管线工程最为薄弱的环节。国内外由于焊接接头的局部腐蚀而导致的失效事故屡见不鲜、不胜枚举。 针对这一腐蚀问题，国内外大量卓有成效的研究工作表明，焊接接头的腐蚀大多是由其不同组成部 分之间的电偶腐蚀引发的严重局部腐蚀。

       由于焊接接头是一个典型的非均相多电极系统，腐蚀过程高度局部化并随时间而变化和转移， 迄今为止，这种多电极耦合条件下的电偶腐蚀效应对局部腐蚀的加速机制还很少得到深入研究，也 缺乏一些直接的电化学证据。传统的极化曲线、电化学阻抗谱等经典电化学测试技术仅能获得焊接 接头某一组成部分的统计和面积平均的电极-溶液界面信息，无法做到定域测量或扫描电极表面不 同位置的电化学特性，更难以直接、准确地表征这种具有多相、多界面、高度局部化的腐蚀过程的 电化学信息差异、分布及其动态变化，而焊缝金属、焊接热影响区、熔合区和母材的多相共存也给 焊接接头的电偶腐蚀测试带来很大挑战，因此，对焊接接头的局部腐蚀演化过程仍缺乏深入、有效 的研究，对其电化学机制的认识也十分有限，有必要发展新的思路和方法来克服和突破焊接接头局 部腐蚀研究中的障碍和壁垒，深刻认识和解答焊缝金属/熔合区/焊接热影响区/母材电偶腐蚀效应及 其时空演化过程对焊接接头局部腐蚀的影响这一关键科学问题。本成果提出的模块化阵列电极及其 制备方法，可以有效地解决上述问题，具有良好的应用前景。

       投入需求：

       成果的产业化应用需要制备不同的焊接接头的阵列电极模拟试样，所需设备包括焊机、线切割 机、热模拟机、封样设备，预计投入资金 100 万元，需要场地 500 平方米。

       专利授权及申请情况：

       1、国家发明专利：精确模拟焊接接头的模块化阵列电极及其制备方法（授权）

       2、实用新型专利：精确模拟焊接接头的模块化阵列电极（授权）

       成果受资助及获奖情况：

       自主创新科研计划项目（理工科）-科技专项，10CX05012A，气/液两相流动条件 下管线钢的动态电化学参数分布及局部腐蚀失效机制研究，2010-12 至2012-12；

       技术成熟程度：☑形成样机、样品或软件

       拟合作方式：☑其他