Стан поверхні металу (включаючи первинні

захисні плівки) десяті долі вольта (0.1-0.3 В)

 

Адсорбція атомів і молекул на поверхні соті та десяті до вольта

металу (особливо газів i ) (0.01 -0.2 В)

 

Механічні деформації та напруження тисячні та десяті долі

вольта (0.001 -0.15 В) ^\1

 

Хімічна природа і концентрація робочого розчину десяті долі вольта і

вольти (0.3 - 1 В)

 

Температура (зміна на кожні 10⁰С) соті долі вольта (0.01-0.02В)

 

^1/ В місцях локалізації механічних деформацій і напружень (зварні з'єднання тощо) може бути значна мікроелектрохімічна гетерогенність металу (0.10-0.15 В).

 

Вплив залишкових напружень на анодну поляризаційну криву локальних ділянок зварного з'єднання показано на рисунку 1.2. Анодна поляризаційна крива для ділянки з максимумом напружень значно відрізняється від кривої для основного металу, який не зазнав зварювання. Ділянка кривої, яка відповідає області активного розчинення, зсунута в бік негативних потенціалів на величину 70 мВ, область пасивного стану зменшилась з 440 мВ для ненапруженого металу до 47 мВ; густина струму пасивації підвищилась на порядок.

Рисунок 1.2 – Вплив залишкових напружень на анодну поляризацію локальних ділянок зварного з’єднання сталі 1Х17Н2 [8]: 1 – основний метал; 2 – ділянка зони термічного впливу з максимальною концентрацією залишкових напружень.

Такий значний зсув потенціалу пасивації в бік негативних значень для біляшовної зони веде до особливої небезпеки локального порушення пасивного стану в тих робочих середовищах, де неіржавіюча сталь, при відсутності напружень, має високу корозійну тривкість. За цих умов підсилюється локальна корозія (в тому числі корозійне розтріс-кування) внаслідок наявності корозійних гальванопар на поверхні зварного з'єднання, таких як активна біляшовна зона - пасивна поверхня.

Інтенсивність корозії зварних з'єднань, зумовлену електрохімічною неоднорідністю, можна спрогнозувати [8] через визначення різниці потенціалу між основним металом, швом І зоною термічного впливу (ЗТВ). Для визначення електродного потенціалу використовують широко розповсюджений метод, заснований на вимірюванні локальних електродних потенціалів в краплях електроліту, який наносять на досліджувану область поверхні. Також використовують модель, засновану на врахуванні впливу кожного легуючого елементу на загальний потенціал сталі. Будь-який хімічний елемент в залежності від електродного потенціалу і процентного вмісту, підвищує або знижує потенціал основи - заліза на величину (), де ( - потенціал заліза (в морській воді дорівнює - 0.499 В); ( потенціал і -го елемента. В; Х_і - процентний вміст і -го елемента в сталі. Підсумовуючи вміст всіх елементів, отримують залежність:

j = [[ (j_Fe - j_Xi)×X_i] - j_Fe X_Fe]×K; (1.1)

X_Fe = 100 - X_i (1.2)

де n - число легуючих елементів в сталі з відповідним потенціалом;
К- коефіцієнт, який враховує вплив структури і термічної обробки сталі
(для термооброблених сталей К@0.86; для зварного шва К приймають рівним 0.91) [8]; X - процентний вміст заліза в сталі;
m- загальне число елементів в сталі

Після підстановки значень потенціалів легуючих елементів, які визначали в морській воді відносно водневого електроду, формула (1) набуває вигляду:

j = [(-7,4 Mn – 0,46 Si + 2,53 Ni + 2,52 Cr + 3,25 Cu + 0,53 Nb + 3,22 Al + 3,8 Mo) 10^-2 – 4,99 Fe 10^-3 ] K

Розраховані та експериментальні значення різниці потенціалів DЕ між металом шва та основним приведені в таблиці 1.1.

Таблиця 1.1-Розраховані та експериментальні значення різниці потенціалів DЕ між металом шва та основним металом [8]

Сталь	Зварювання	Електрод	Dj, мВ	Експериментальна швидкість корозії шва, мм/рік
Розрах	Експер	Середня	Максим.
15Г2АФД	Ручне Механізоване Автоматичне	УОНІ 13/55 Св-08Г2С Св-08МХ	-32 -37 +2	-20 -40 +5	1,29 1,38 1,03	1,8 1,8 1,6
09Г2	Ручне Механізоване Автоматичне	УОНІ 13/55 Св-08Г2С Св-ЮНМА	-19 -32 +4	-20 -50 +10	1,30 1,55 1,10	1,72 2,0 1,63
09Г2С	Ручне Механізоване Автоматичне	УОНІ 13/55 Св-08Г2С Св-08ГА	-30 -31 -26	-30 -40	1,38 1,40 1,29	1.98 2,1 1,8

Для врахування впливу погонної енергії зварювання на електродний потенціал шва можна використати залежність [8]:

j_Ш = j – (Q – 8,38) (1.3)

де, j - потенціал. В, визначений за формулою (1.2) при К=0,91;

Q - погонна енергія зварювання, кДж/см.

Методи захисту зварних з'єднань від корозії - це перед усім зниження електрохімічної гетерогенності зварного з'єднання, для чого використовують такі засоби:

1. Термообробка зварного з'єднання (як до зварювання так і після) -проводиться для зниження рівня залишкових напружень та електрохімічної гетерогенності зварного з'єднання яка обумовлена рядом факторів, в т. ч. нерівномірним розподілом легуючих елементів; одержання термодинамічно стійкої структури металу шва і зони термічного впливу, тощо.

2. Раціональне легування металу шва - хімічний склад металу шва повинен максимально наближатися до хімічного складу основного металу.

3. Вибір оптимальної технології зварювання (І, U, Q тощо) - яка повинна забезпечити мінімальний рівень залишкових напружень, зменшення розмірів зони термічного впливу та шва, оптимальну структуру в зварному з'єднанні з мінімальною електрохімічною гетерогенністю, тощо.

4. Механічна обробка зварного з'єднання - утворення на поверхні зварного з'єднання напружень стиску та ін.

5. Використання інгібіторів корозії.

6. Використання захисних покриттів.

7. Раціональне конструювання зварної конструкції, яке повинно забезпечити відсутність: зон застою корозійного середовища, контакту різнорідних матеріалів, тощо (рисунок 1.3-1.5).

а б

Рисунок 1.3 - Приклади ємності з нижнім зливом

а - не раціональне, б - раціональне

а б в

Рисунок 1.4 - Конструкції зварних стикових з'єднань труб

а і б - піддаються щільовій корозії,

в - не піддаються щільовій корозії

 

Рисунок 1.5 - Приклад конструкції, де інтенсивна корозія виникає внаслідок контакту вузлів, які виготовлені з різних матеріалів 1 - стальна балка; 2 - алюмінієвий бак;
3 - мідний резервуар.

Експериментальна частина

Вимірювання електродного потенціалу характерних зон зварного з'єднання проводимо за допомогою потенціометра. Схема експериментальної установки приведена на рисунку 1.6.

 

Рисунок 1.6 - Схема установки Рисунок 1.7 - Закріплення

для вимірювання потенціалів на зразка в пластмасовій опорі

зварному з'єднанні 1 - зразок

1 - пластмасова підставка 2 - клема

2 – зразок 3 - зварний шов

3 – клема 4 - пластмасова підставка

4 - рухомий столик

5 - електрод порівняння

6 - потенціометр

Серед електродів порівняння найбільш часто використовують:

Водневий електрод - стандартний потенціал водневого електроду

1. Хлоридсрібний електрод -

2. Каломельний електрод - в залежності від концентрації розчину КСl розрізняють:

а) насичений каломельний електрод - заповнений насиченим розчином КСl

б) нормальний каломельний електрод - заповнений 1н розчином КСl

в) децінормальний каломельний електрод - заповнений 0.1 н розчином КСl

Для перерахунку на водневу шкалу електродних потенціалів, які визначені по відношенню до інших електродів порівняння, треба до потенціалу j _i (визначеному експериментально) додати значення потенціалу електроду порівняння за водневою шкалою

(1.4)