Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

• Определения
• Обозначения и сокращения
• Введение
• Коррозионные повреждения сварных соединений
• Виды коррозии сварочного шва
• Причины появления коррозии
• Заключение
• Список использованных источников
• Приложения

Определения

Лужение сварочного шва - заполнение неровностей латунным или оловянно-свинцовым припоем (олово в чистом виде при температуре -10 °С окисляется и превращается в серый порошок).

Агрессивная среда - это природная или технологическая среда любого агрегатного состояния, способная вступать в химическое взаимодействие с окружающими ее материалами или конструкциями, приводя их в состояние, при котором они не могут в дальнейшем выполнять свое функциональное назначение.

Коррозионный очаг - участок поверхности металла, на котором сосредотачивается коррозионный процесс.

Анодирование (синонимы: анодное оксидирование, анодное окисление) -- процесс создания оксидной плёнки на поверхности некоторых металлов и сплавов путём их анодной поляризации в проводящей среде.

Наплавка -- это нанесение слоя металла или сплава на поверхность изделия посредством сварки плавлением.

Обозначения и сокращения

ТК - точечная коррозия

МКК - межкристаллитная коррозия

МК - местная коррозия

СК - сплошная коррозия

ЗТВ - зона термического влияния

Ме - металл

Введение

Сварные соединения более подвержены коррозионным поражениям по сравнению с основным металлом в связи со структурными изменениями металла, неоднородностью структуры и свойств, наличием остаточных напряжений и деформаций.

Интенсивность коррозии сварных соединений в первую очередь зависит от следующих факторов:

1) свойства сварочного и основного материала, свойства сварного шва (микро- и макронеоднородность, геометрическая неоднородность);

2) характер напряжений (остаточные напряжения и внешняя нагрузка);

3) агрессивность коррозионной среды;

4) наличие сварочных дефектов (непровары, подрезы, острые кромки, наплывы);

5) конструктивные особенности сварного соединения (концентраторы напряжений);

6) особенности технологии сварки.

Виды коррозионных разрушений сварных швов приведены на рис.1.

Рис. 1 Виды коррозии сварных швов: а - равномерная, б - сосредоточенная на шве, в - сосредоточенная на основном металле, г - в зоне термического влияния, д - межкристаллитная в зоне термического влияния, е - ножевая, ж - межкристаллитная на шве, з - точечная, и - коррозионное растрескивание, к - коррозионная усталость, л - растрескивание и усталость.

Коррозионные повреждения сварных соединений

В зависимости от локализации различают три главных типа коррозионного поражения сварного соединения (рис. 2):

Рис. 2 Локализация различных типов коррозии сварного соединения: а - поперечное сечение; б - вид сверху; 1 - поражение самого шва; 2 - поражение основного металла в зоне термического влияния сварки; 3 - поражение непосредственно у границы сплавления (ножевая коррозия)

коррозия сварное соединение

Коррозия металла шва при воздействии одновременно коррозионной среды и нагрузки или действии остаточных напряжений может иметь характер местной коррозии, проявляющейся в виде коррозионного растрескивания или сетки трещин. По механизму возникновения и развития это разрушение является межкристаллитной коррозией (рис. 3, 4).

Рис.3 Межкристаллитная коррозия шва стали 12Х18Н10Т

Рис. 4 Коррозионное растрескивание по спиральному сварному шву трубопровода

Поражение зон термического влияния. В некоторых высокопрочных и нержавеющих сталях можно наблюдать существенное изменение структуры металла в зоне термического влияния на расстоянии примерно 10-15 мм от сварного шва (рис. 5, 6).

Рис. 5 Коррозионное растрескивание по зоне термического влияния продольного шва трубопровода

Появление очагов коррозии в зоне термического влияния связано с длительным пребыванием металла в интервале температур 450-850 °С и выпадением из аустенита комплексных карбидов, обедняющих хромом периферийные участки зерен аустенита. Это приводит к его разрушению по границам зерен. Коррозионное растрескивание в этих зонах связывают с возникновением остаточных напряжений. Наибольшая концентрация напряжений наблюдается при сварке листов внахлестку в зоне, лежащей между швами.

Для того чтобы снять внутренние напряжения после сварки, рекомендуется осуществлять термообработку. Для изделий с большими габаритами следует проводить местную термообработку зоны сварного соединения.

Рис. 6 Коррозионное растрескивание по зоне термического влияния в сварном шве стали 09Х16Н4Б

Ножевое поражение возникает на границе между швом и основным металлом в нержавеющих сталях, стабилизированных титаном, ниобием и молибденом, обычно в участках, которые нагревались до температур выше 1250 °С (рис. 7). При этом карбиды титана и ниобия растворяются в аустените. При повторном тепловом воздействии на этот металл критических температур 500-800 °С (например, при многослойной сварке) сохраняются титан и ниобий в твердом растворе и выделяется карбид хрома. В настоящее время проблема ножевой коррозии становится несколько менее актуальной благодаря распространению сталей с особо низким содержанием углерода.

Рис. 7 Детальный вид ножевой коррозии в металле сварного шва на отводе технологического трубопровода из стали 12Х18Н10Т

Механизм коррозионного разрушения сварного соединения одинаков, независимо от локализации разрушения, вместе с тем некоторые исследователи считают, что причины, вызывающие развитие МКК на различных участках сварного соединения, различны. [1]

Виды коррозии сварочного шва

На данный момент достаточно изучили, какие существуют виды коррозионного разрушения сварных соединений и в зависимости от характера их действия, к ним применяются соответствующие меры защиты.

По характеру разрушения коррозия подразделяется на 3 типа:

1. Сплошная коррозия (СК)

Преобладает преимущественно в углеродистых нелегированных или мало легированных сталях с однородной структурой. Шов, вне зависимости от марки стали, всегда разрушается более интенсивно, чем целостная плоскость.

Рис. 8 Внешний вид сплошной коррозии

2. Точечная или местная коррозия

К такому виду разрушения предрасположена сталь неоднородная по своему химическому составу. Такая коррозия развивается в слабо ржавеющих сталях типа Х12МФ или в сварных швах, обедненных хромом. Обуславливается также и условиями эксплуатации.

Рис. 9 Местная коррозия металла

3. Межкристаллитная или ножевая

Наиболее опасный вид коррозии. Разрушение происходит по границам зерен металла по всей толщине. Подвержены этому «заболеванию» аустенитные (нержавеющие) стали, подвергающиеся продолжительному нагреву свыше 600 °С, в том числе и свариванию.

Рис. 10 Межкристаллитная коррозия

Гальваническая пара также способствует этому виду разрушения: сварное соединение после расплавления меняет свой химический состав и при воздействии на него электролита, в качестве которого может выступать даже вода, истощается в первую очередь. Такой вид коррозии одновременно может работать на большой площади металла, который разрушается даже при небольшой нагрузке. [2]

Сварное соединение, находящееся в контакте с электролитом (в частности, для трубопроводов - почвенный электролит), представляет собой многоэлектродную макро- и микрогальваническую гетерогенную систему. Это вызвано различными типами неоднородности сварных соединений: структурно-химической макро- и микронеоднородностью (основной металл, зона термического влияния, сварной шов); неоднородностью напряженного состояния, геометрической и т.д. С точки зрения макросистем, в сварном соединении можно выделить следующие «электроды»: основной металл, шов, зона термического влияния и зона максимальной концентрации напряжений (рис. 11).

Рис. 11 Схема электрохимической неоднородности сварного соединения:

Е_ш - электродный потенциал шва, Е_зтв - электродный потенциал зоны термического влияния, Е_м - электродный потенциал основного металла, Е_уст - установившийся потенциал заполяризованной системы «шов - зона термического влияния - основной металл»

В результате возможна ситуация, когда шов служит анодом для основного металла (имеет более отрицательный потенциал, чем основной металл) и скорость коррозии шва увеличивается. Даже небольшая разность потенциалов основного металла и шва может негативно отразиться на коррозионной стойкости шва, так из-за большой площади катода (основного металла), по сравнению с анодом (шва), плотность анодного тока может быть значительной.

Соотношение коррозионной стойкости основного металла и шва можно определить, измерив электрохимические потенциалы различных зон сварного соединения (прил. 1).

Этим методом можно быстро обнаружить наиболее коррозионно-уязвимые участки сварного соединения. Например, если потенциал шва отрицательнее основного металла, то при коррозии сварного соединения шов будет анодом и подвергается усиленной коррозии. Измерением потенциалов можно пользоваться, выбирая наиболее безопасный (в коррозионном отношении) метод сварки. [3]

Точечная коррозия сварных швов характерна для тех условий, когда нарушаются защитные пленки пассивирующихся металлов (алюминий и его сплавы, хромоникелевая сталь и т. д.).

Пластические деформации могут создавать как благоприятные условия для протекания коррозии (возникновение активных анодных зон в результате дефектов кристаллической решетки, наличие растягивающих напряжений), так и уменьшать коррозионные процессы (сжимающие напряжения на поверхности металла, более равномерное распределение анодных зон, уменьшение их локализации).

Щелевая коррозия может возникнуть при наличии концентраторов напряжений, приводящих к растрескиванию материала. Форма и глубина концентраторов (типа щелей, либо открытого типа) существенно влияют на коррозионное разрушение. Наиболее опасные щелевые концентраторы могут возникнуть в результате непровара сварного шва. В вершине непровара электродный потенциал становится более отрицательным, чем основной металл, что и приводит к интенсивной коррозии.

Причины появления коррозии

Появление коррозии в первую очередь на сварных соединениях, объясняется тремя причинами:

1. Разрывом первичных межкристаллических связей и получением новых, отличных по своим механическим свойствам от прежних, а также появление напряжений в структуре металла.

2. Изменением химического состава, появлением оксидов (эндогенных неметаллических включений), являющихся концентраторами напряжений в структуре;

3. Образованием гальванической пары за счет изменений в хим. составе сварного шва.

Влияние вышеперечисленных изменений возрастает пропорционально степени и интенсивности, количеству и размерам. Скорость протекания реакции окисления дополнительно определяется условиями работы: климатической составляющей, физико-химическим воздействием (рабочей средой).

Защита сварных швов от коррозии ГОСТ 9 402-2004 проводится двумя типами покрытий:

? неметаллическим: лакокрасочными материалами, дополнительно придающими эстетичный внешний вид;

? металлическим: анодирование, лужение, наплавление коррозионностойких материалов, лакокрасочные материалы на металлической основе.

Наносится антикоррозионная защита сварных соединений после многостадийной обработки поверхности, которая направлена на устранение оксидной пленки и мелкодисперсной пыли впоследствии вызывающие подпленочную коррозию.

Рис. 12 Эффект от антикоррозийного покрытия шва

Процесс может состоять из нескольких этапов:

1. Механическая обработка поверхности.

2. Химическая или электрохимическая обработка поверхности с образованием устойчивых соединений, увеличивающих коэффициент сцепления между двумя разнородными материалами:

? для черных металлов: фосфатирование, хроматирование, пассивирование, воронение;

? для цветных металлов: лужение, щелочное травление + осветление.

Для аустенитных сталей проводится дополнительная термомеханическая защита сварных швов от коррозии, нержавейка в этом отношении зависит от содержания хрома. При процентном содержании хрома до 12 %, он находится в зерне металла, а на его границах это количество снижено, что приводит к увеличению карбидных и интерметаллидных соединений. В то время как само зерно остается в пассивном состоянии, границы начинают свободно реагировать. Для стабилизации структуры проводят термическую обработку стали, нагревая ее до 600 єC и быстро охлаждая, что приводит к упрочнению межкристаллитных связей за счет образования карбидов хрома на границах.

Защита сварных швов от коррозии на авто являет собой совершенно другой принцип. Это низкоуглеродистый штампованный металл, с большим количеством внутренних напряжений. Здесь технология выбирается в зависимости от характера и размера повреждения. Главным критерием является, испытывают ли детали какую-либо нагрузку. Обработка швов корпуса автомобиля проводится двумя способами:

? металлическими припоями (лужение):

? олово-свинцовые -- используются для ненагруженных деталей;

? латунные -- используются для стыков, подвергающихся механическим нагрузкам;

? шпаклевочными материалами.

Перед нанесением поверхность очищается от ржавчины, мелкодисперсной пыли, после чего на поверхность наносят флюс, исключающий окисление, и нагревают горелкой. Припой изготавливается в виде прутков. Температура нагретого металла превышает температуру припоя, который сразу же схватывается с поверхностью. Лишний материал снимают рашпилем и шлифуют поверхность.

Защита сварных швов от коррозии под землей заключается в термической обработке (отпуску) сварного соединения, как правило, это относится к магистральным трубопроводам, которые изготавливаются из углеродистого легированного металла или нержавеющей стали. Углеродистый металл общего назначения, не требует такой обработки и сразу подвергается изоляции материалами, изготовленными на основе битума, стекла, полимеров. [2]

Заключение

Таким образом, для того, чтобы уменьшить скорость коррозии в сварных соединениях необходимо правильно подобрать способ сварки и нанести необходимое покрытие. Задача покрытия состоит в том, чтобы создать максимально прилегающий к основе слой, исключить на него воздействие кислорода. По - сути это можно назвать изоляционным слоем. Тем не менее, устранить корродирование полностью невозможно, все направленные меры способны только увеличить длительность коррозионного процесса.

Список использованных источников

1. Е.А. Кривоносова, С.Н. Акулова, А.В. Мышкина Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия К ПРОБЛЕМЕ КОРРОЗИОННОГО РАЗРУШЕНИЯ СВАРНЫХ ШВОВ

2. Защита сварных швов от коррозии [электронный ресурс].

URL: https://svarkaipayka.ru/tehnologia/drugoe/zashhita-svarnyih-shvov-ot-korrozii.html

3. Васильев Г.Г., Ментюков И.В., Сальников А.П. Коррозия и защита от коррозии: Лабораторный практикум. - М.: Издательский центр РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 2019 - 51 с.

Приложения

Электродные потенциалы различных зон сварных соединений в 3%-ном растворе NaCl

Размещено на Allbest.ru