油气管线是我国石油石化工业的重要环节。伴随着我国对石油天然气等资源需求的增加,油气管线的铺设量也在相应地增加。而海底油气管线,往往因其复杂的服役条件,容易发生失效行为。管线中积存的水以及其溶有的CO₂、有机酸等杂质,为内腐蚀的发生提供了必要的环境。在介质的作用下,焊接接头由于各区域成分、组织的不均一性,易发生电偶腐蚀失效,使其成为管线工程的薄弱环节。由于焊接接头复杂的非均匀结构,目前对其腐蚀行为的研究局限于通过电化学或失重实验研究各孤立区域的腐蚀行为以及相邻两个区域的电偶腐蚀行为,而对于焊接接头局部腐蚀的动态发展过程,认识还很欠缺。本文利用COMSOL Multiphysics中的二次电流分布和变形几何模块,以实测的极化曲线作为边界条件,对海底管线焊接接头在CO₂饱和的NACE溶液中的电偶腐蚀过程进行了数值模拟,求解得到稳态电场分布、各组成区域腐蚀变形的瞬态变化,考察了材料几何因素和介质因素的影响,探讨了焊接接头的电偶腐蚀行为及其动态发展过程。作者计算得到了不同区域耦合情况下的电偶腐蚀行为,结果表明包含焊缝区、热影响区和母材区的完整焊接接头的模拟结果更符合失重实验结果。利用软件内置的参数化扫描技术得到不同焊缝区、母材区宽度时焊接接头的电偶腐蚀情况,结果发现随焊缝区宽度增加和母材区宽度的减小,腐蚀速率会降低。论文进一步考察了温度、HAc及MEG浓度等介质因素对焊接接头电偶腐蚀行为的影响。研究发现,随着温度和HAc浓度的升高以及MEG浓度的降低,焊接接头中焊缝区的腐蚀速率加快。作者还利用电解分析模块计算了焊接接头阳极区域发生CO₂腐蚀时,金属的腐蚀速率和溶液中各物质浓度沿远离金属表面方向的浓度变化,以及pH值、温度对其的影响。结果表明,温度升高和pH值降低都能提高腐蚀速率。溶液中各物质浓度沿远离金属表面方向的浓度变化不同:Fe²⁺与HCO₃^-呈降低趋势,而CO₂与OH^-会逐渐升高。Fe²⁺和阴离子的存在可能导致新相的生成。数值模拟与仿真研究是精确预测焊接接头电偶腐蚀行为及其动态发展过程的一个有力工具,但在仅考虑母材与焊缝区耦合或母材与热影响区耦合的条件下,有可能难以准确获得焊接接头电偶腐蚀行为的模拟结果,只有在考虑母材与焊缝区、热影响区一起耦合的条件下,才能获得更接近实际腐蚀行为的预测结果。