Сварные конструкции. Расчет и проектирование

КОРРОЗИЯ ОБОЛОЧКОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Большая часть сварных конструкций, подверженных воздействию активных коррозионных сред, представляет собой конструкции оболочкового типа (реакторы, емкости, баллоны, трубопроводы). Коррозия определяется главным образом свойствами основного и присадочного металла, аг­рессивностью среды, условиями напряженного состояния и технологией сварки. Существенное влияние на коррозию оказывают также температура, кавитация и другие физи­ческие эффекты. Наиболее типичные формы коррозии — сплошная, или общая, и местная. Me т и а я коррозия может быть межкристаллитной, если она происходит в зоне перехода от шва к основному металлу, ее называют ноже­вой.

Общая (сплошная) коррозия имеет место в низкоуг - леродпетых сталях и в сварных соединениях сталей, алю­миниевых сплавов (АМгб, АД) в атмосферных условиях, в соленой воде и т. д. Общая коррозия оценивается уменьше­нием массы, глубиной коррозии, изменением механических свойств за данный отрезок времени.

Местная межкристаллитная коррозия развивается в аустеннтных сталях и в их сварных соединениях, например в среде азотной кислоты при различных концентрациях; межкристаллитная коррозия наблюдается в сплавах и в сое­динениях титана BTI-1, ОТ4 в различных средах, а также в низкоуглеродистых сталях в щелочных растворах.

Неоднородность поля напряжений, как правило, оказы­вает незначительное влияние на - общую коррозию, но замет­но интенсифицирует местные виды коррозии, наиболее опасным из которых является растрескивание. Переменные напряжения способствуют ускорению процесса растрески­вания, при этом для коррозионно-усталостного разрушения характерно образование многих усталостных трещин на поверхности оболочки, а не только в местах концентрации напряжений, как это обычно наблюдается при нагружениях в нейтральной среде.

Для конкретной среды и материала скорость роста тре­щины зависит от коэффициента интенсивности напряжений К и его размаха Д/С, в пределах цикла нагружения, т. е. она возрастает по мере их увеличения. Увеличение трещины сопровождается повышением скорости ее роста, причем процесс коррозионного разрушения особенно ускоряется при приближении коэффициента К к критическому значе­нию.

В сварных соединениях коррозионное разрушение про­исходит, как правило, быстрее, чем в основном металле. Эго объясняется тем, что сварные соединения неоднородны. Они могут иметь:

структурно-химическую неоднородность: макронеодно­родность, определяемую наличием в соединении различных структурных зон, и микронеоднородность вследствие нали­чия зерен включений;

неоднородность напряженного состояния и пластиче­ского деформирования;

геометрическую неоднородность вследствие наличия де­фектов формы и внутреннего строения (непровары, трещи­ны), вызывающих концентрацию напряжении. Устранение перечисленных видов неоднородности способствует повы­шению стойкости сварных соединений против коррозионного растрескивания. С этой целью используют различные ме­роприятия. Так, при сварке аустеннтных сталей в зоне высоких температур возникает структурно-химическая не­
однородность вследствие выпадания из раствора хрома, пе­реходящего в карбид хрома. Обеднение стали хромом пони­жает ее коррозионную стойкость. Для устранения этого яв­ления в сталь вводят легирующие элементы (титан, ниобий), связывающие углерод в карбиды.

Неоднородность поля напряжений и пластических де­формаций связана главным образом с наличием остаточных напряжений. Проведение отпуска значительно снижает сум­му напряжений (овагр+ас„р) в конструкции и улучшает сопротивление коррозионному растрескиванию. Коррози­онная прочность существенно улучшается при снижении сварочных напряжений до уровня, соответствующего 0,25о,. Поэтому сварные сосуды и оболочки, работающие в коррозионной среде, рекомендуется подвергать общему отпуску при температуре 500. . .600 ’С для снижения оста­точных сварочных напряжений и восстановления пласти­ческих свойств. При изготовлении негабаритных оболочко­вых конструкций целе­сообразно подвергать местному отпуску замы­кающие кольцевые швы, выполняемые на мон­таже.

Устранение вредного влияния геометрической неоднородности обеспе - Рнс. 13.19. Воды Т-образного шва чивается рациональ­ным проектированием. Следует избегать образования концентраторов напряжений. В частности, опасным дефектом являются щели, где легко развиваются щелевая коррозия. В этом отношении стыко­вые соединения лучше нахлесточных и тавровых. Целесо­образно применять различные методы обработки поверхно­сти ультразвуком, прокаткой, обработкой для образования сжимающих напряжений на поверхности, способствующих повышению стойкости против коррозии. Полезно использо­вание технологических приемов. Например, когда корро­зионные трещины возникают в зоне сплавления, имеет смысл выполнять швы стыковых соединений Т-образной формы, как показано на рнс. 13.19. При таком оформлении шва линия сплавления располагается почти параллельно растягивающему компоненту напряжения. Поэтому даже в случае возникновения коррозионной трещины в зоне сплав­ления она будет распространяться перпендикулярно рас­тягивающему компоненту напряжения, т. е. по основному

металлу, имеющему более высокое сопротивление росту трещины.

Повышение коррозионной стойкости может быть полу­чено применением защитных покрытий металлов: плакиро­ванием, металлизацией, нанесением гальванических по­крытий, окраской. Нанесенные покрытия способствуют торможению разрывов пленок, что является часто очагом пониженных потенциалов и началом коррозионных раз­рушений.

Расчет несущей способности сварных конструкций обо­лочкового типа с учетом эффекта коррозии производится согласно ГОСТ 14249 —80.