Разработка датчика для определения скорости коррозии сварных металлоконструкций в атмосферных условиях
Разработан двухэлектродный датчик с коповерхностным расположением электродов для измерения мгновенной скорости коррозии конструкционных сталей и сварных соединений в тонких пленках электролитов. Проде- монстрирована его работоспособность для измерения скорости атмосферной коррозии при разной темпера...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2011 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2011
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102784 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Разработка датчика для определения скорости коррозии сварных металлоконструкций в атмосферных условиях / С.А. Осадчук, Л.И. Ныркова, С.Г. Поляков, С.Л. Мельничук, Н.А. Гапула // Автоматическая сварка. — 2011. — № 7 (698). — С. 50-53. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859895311192817664 |
|---|---|
| author | Осадчук, С.А. Ныркова, Л.И. Поляков, С.Г. Мельничук, С.Л. Гапула, Н. А. |
| author_facet | Осадчук, С.А. Ныркова, Л.И. Поляков, С.Г. Мельничук, С.Л. Гапула, Н. А. |
| citation_txt | Разработка датчика для определения скорости коррозии сварных металлоконструкций в атмосферных условиях / С.А. Осадчук, Л.И. Ныркова, С.Г. Поляков, С.Л. Мельничук, Н.А. Гапула // Автоматическая сварка. — 2011. — № 7 (698). — С. 50-53. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Разработан двухэлектродный датчик с коповерхностным расположением электродов для измерения мгновенной скорости коррозии конструкционных сталей и сварных соединений в тонких пленках электролитов. Проде- монстрирована его работоспособность для измерения скорости атмосферной коррозии при разной температуре, влажности воздуха 100 % в условиях конденсации влаги и без нее. Определено, что в условиях, моделирующих атмосферные, с помощью разработанного датчика можно измерять скорость коррозии в диапазоне 1⋅10–6…10 мм/год.
A two-electrode sensor with co-surface electrode position was developed for measurement of the instant rate of corrosion of structural steels and welded joints in thin electrolyte films. Sensor performance was demonstrated for measurement of the rate of atmospheric corrosion at different temperatures, 100 % air humidity under the conditions of moisture condensation and without it. It is established that under the conditions simulating the atmospheric conditions, the developed sensor can be used to measure the corrosion rates in the range of 1⋅10–6...10 mm/y.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:54:48Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.052:620.179.111
РАЗРАБОТКА ДАТЧИКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ
КОРРОЗИИ СВАРНЫХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ
В АТМОСФЕРНЫХ УСЛОВИЯХ
С. А. ОСАДЧУК, инж., Л. И. НЫРКОВА, канд. хим. наук, С. Г. ПОЛЯКОВ, д-р техн. наук,
С. Л. МЕЛЬНИЧУК, Н. А. ГАПУЛА, инженеры (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Разработан двухэлектродный датчик с коповерхностным расположением электродов для измерения мгновенной
скорости коррозии конструкционных сталей и сварных соединений в тонких пленках электролитов. Проде-
монстрирована его работоспособность для измерения скорости атмосферной коррозии при разной температуре,
влажности воздуха 100 % в условиях конденсации влаги и без нее. Определено, что в условиях, моделирующих
атмосферные, с помощью разработанного датчика можно измерять скорость коррозии в диапазоне 1⋅10–6…10 мм/год.
К л ю ч е в ы е с л о в а : датчик скорости коррозиии, атмос-
ферная коррозия сварных металлоконструкций, конденсация
влаги на металлической поверхности, метод поляризацион-
ного сопротивления
Атмосферная коррозия является самым распрос-
траненным видом коррозии, поскольку около
80 % металлических конструкций эксплуатирует-
ся в атмосферных условиях. Атмосферная кор-
розия металлов в основном имеет электрохими-
ческую природу и протекает в тонких пленках
влаги, которая конденсируется на поверхности ме-
талла. Процесс коррозии в атмосфере довольно
продолжительный. Время до полного разрушения
металлоконструкции составляет от 5 до 16 лет.
Однако было бы ошибочным считать, что процесс
коррозии в атмосфере протекает всегда медленно,
с меньшей скоростью, чем при погружении ме-
талла в объем электролита. Если средняя скорость
коррозии в морской воде iк = 0,10…0,15 мм/год,
то коррозия свай в зоне переменного смачивания,
например нефтепромыслов Каспия, составляет
0,5…0,6 мм/год. Скорость атмосферной коррозии
(iк, мм/год) в бытовых и производственных по-
мещениях приведена ниже [1]:
домашняя кухня и ванна .................................. 0,0025…0,0100
прачечная ........................................................... 0,0075
белильня ............................................................. 0,0430
фабрика серной кислоты .................................. 0,0480
бумажная фабрика ............................................ 0,0680
локомотивное депо ........................................... 0,0800
травильный цех металлургического завода ... свыше 0,450
Коррозия незащищенной поверхности стали и
ее сварных соединений в атмосфере определяется
климатическими условиями конкретной местнос-
ти. Основными причинами возникновения атмос-
ферной коррозии являются влажность и темпе-
ратура воздуха, перепад температуры, наличие
циклов увлажнение–высыхание, присутствие в
воздухе диоксида серы (промышленная атмосфе-
ра), хлорида натрия (морская атмосфера).
Скорость коррозии в течение первого года эк-
сплуатации сварных металлоконструкций состав-
ляет 0,19 мм/год — верхний предел для наиболее
агрессивных атмосфер (категория C5) по стандар-
ту ISO 12944–2. При наличии загрязнителей или
гигроскопических солей коррозия может проте-
кать при низких значениях влажности.
Как известно, основным фактором, стимули-
рующим возникновение атмосферной коррозии,
является вода [1], которая способствует образо-
ванию на поверхности металла пленки влаги. При
относительной влажности воздуха (до 60 %) сле-
ды влаги на поверхности металла отсутствуют.
В этом случае коррозия протекает по химичес-
кому механизму.
При относительной влажности воздуха
60…70 %, которая называется критической, на-
чинается конденсация влаги и на поверхности ме-
талла появляется тонкая сплошная адсорбционная
пленка воды. Критическая влажность промыш-
ленной атмосферы в среднем составляет 60 %.
При относительной влажности атмосферы выше
критической скорость атмосферной коррозии зна-
чительно увеличивается.
Этот важный факт впервые продемонстриро-
вал Вернон в серии своих классических экспе-
риментов [1]. Он показал, что в чистом воздухе
при относительной влажности ниже 100 % кор-
розия протекает со скоростью не более
0,001…0,002 мм/год, но присутствие незначи-
тельной концентрации таких примесей, как ди-
оксид серы, может вызвать повышение скорости
коррозии в 100 раз даже при отсутствии видимых
следов влаги. Достаточно того, чтобы относитель-
ная влажность превысила некоторое критическое
(причем сравнительно небольшое) значение, ко-
© С. А. Осадчук, Л. И. Ныркова, С. Г. Поляков, С. Л. Мельничук, Н. А. Гапула, 2011
50 7/2011
торое зависит от природы загрязнения атмосферы,
но при наличии диоксида серы составляет
70…80 %. Если влажность ниже критической, то
скорость коррозии меньше 0,001 мм/год даже в
загрязненном воздухе.
Известно, что тонкая пленка влаги на повер-
хности металла влияет на ход коррозионных про-
цессов, а скорость коррозии определенным об-
разом зависит от толщины этой пленки. Тонкие
пленки бывают двух видов: адсорбционные, об-
разующиеся при относительной влажности воз-
духа от 60 до 70 %; фазовые, видимые глазом,
образующиеся при влажности воздуха, близкой
к 100 %, которая сопровождается конденсацией
влаги на поверхности и без нее.
В настоящее время методика мониторинга
сварных металлоконструкций в условиях атмос-
ферной коррозии на объектах длительной эксплу-
атации практически отсутствует. Ее создание не-
возможно без разработки надежных и достовер-
ных средств контроля коррозии, т. е. первичных
преобразователей или датчиков с высокой чувс-
твительностью, позволяющих измерять мгновен-
ную скорость коррозии на протяжении суточного
цикла на объектах продолжительной эксплуатации
таких, как складские и производственные помеще-
ния, в том числе новый безопасный конфайнмент
НБК «Укрытие» на Чернобыльской АЭС.
Для измерения мгновенной скорости коррозии
конструкционных сталей и ее сварных соедине-
ний в тонких пленках электролитов разработан
двухэлектродный датчик с коповерхностным рас-
положением электродов, чувствительный элемент
которого выполнен из стали Ст3. Для получения
более достоверных значений скорости коррозии
чувствительный элемент датчика предполагается
выполнять из того же материала, что и металло-
конструкция. Для повышения точности измерений
чувствительный элемент датчика располагают на
анодированной пластине, с помощью которой дат-
чик крепится на контролируемой металлоконс-
трукции. Работа датчика основана на методе по-
Рис. 1. Внешний вид пленки влаги, образующейся на поверхности стали Ст3 и ее сварных соединениях при T = 24 °С без
конденсации (а) и при T = 50 °С с конденсацией (б) влаги
Скорость коррозии конструкционной стали и сварных
соединений (iк, мм/год), полученная методом поляриза-
ционного сопротивления, в условиях, моделирующих ат-
мосферные
T, °С С конденсацией влаги Без конденсации влаги
24 1,4⋅10–3 1,4⋅10–3
50 3,9⋅10–3 2,3⋅10–4
70 2,0⋅10–2 7,5⋅10–6
Рис. 2. Кинетика скорости коррозии iк конструкционной ста-
ли Ст3 в условиях, моделирующих атмосферные с конденса-
цией влаги на поверхности (а) и без нее (б) при T = 24 (1), 50
(2) и 70 °С (3), полученная с помощью датчика скорости
коррозии
7/2011 51
ляризационного сопротивления, теоретические
основы которого описаны в работе [2].
Технико-эксплуатационная характеристика датчика
Диапазон измерения скорости атмосферной
коррозии, мм/год .............................................. 1⋅10–5...5
Измеряемое поляризационное
сопротивление, Ом ........................................... 102...107
Условия эксплуатации:
температура, °С ............................................ –40...+70
относительная влажность воздуха, % ........ 80...100
Погрешность измерений, % .............................не более 20
Исследованы особенности коррозии углеро-
дистой стали Ст3 и сварного соединения в ус-
ловиях, моделирующих атмосферные — темпе-
ратура воздуха 24, 50 и 70 °С, относительная
влажность 100 %. При этом датчики скорости
коррозии сварных соединений и образцы сварных
соединений располагали горизонтально для об-
разования пленок влаги на их поверхностях. Из-
мерения проводили в термостатированных усло-
виях. В процессе исследования создавали атмос-
ферные условия, при которых происходила кон-
денсация влаги на металлической поверхности в
условиях, когда конденсация влаги на поверхнос-
ти не достигалась, а затем оценивали толщину
образовавшейся пленки (рис. 1). Определено, что
при температуре 24 °С в условиях конденсации
влаги в течение 20 мин на поверхности образцов
образовалась очень тонкая пленка толщиной от
0,6 до 3,0 мкм (см. рис. 1, а). При T > 40 °С в
условиях конденсации влаги на поверхности об-
разцов образовывались видимые фазовые слои
влаги и капельки воды. Толщина слоя влаги сос-
тавляла от 17 до 45 мкм (см. рис. 1, б).
В лабораторных условиях, моделирующих ат-
мосферные, оценена мгновенная скорость кор-
розии (в течение 3 ч). Полученные результаты
представлены в таблице и на рис. 2–4.
Проанализировав полученные данные, можно
отметить, что скорость коррозии стали Ст3 и ее
сварных соединений в тонких пленках влаги воз-
растала с повышением температуры влажного воз-
духа вследствие интенсификации процесса кон-
денсации влаги и образования слоев влаги разной
толщины. В этих слоях коррозия протекала по
разным механизмам: в слоях толщиной менее
30 мкм — по диффузионному, толщиной более
30 мкм — по конвекционному [1, 2].
При T = 24 °С конденсация влаги происходила
медленнее, чем при более высокой температуре.
В связи с этим на поверхности металла образо-
валась пленка влаги толщиной от 0,6 до 3,0 мкм,
коррозия имела сплошной характер и протекала
со скоростью не более 0,005 мм/год (рис. 2, а,
кривая 1, и рис. 3, а).
Вследствие образования неравномерного слоя
влаги на поверхности датчиков при повышении
температуры коррозия приобретала очаговый ха-
рактер (рис. 3, б, в). Наибольшая скорость кор-
розии имела место под каплями влаги. Увеличе-
нию скорости локальной коррозии способствова-
ли образовавшиеся продукты коррозии, которые
по своим свойствам являлись гигроскопическими
и удерживали влагу на поверхности датчика.
Скорость коррозии стали Ст3 и ее сварных со-
единений при отсутствии конденсации влаги на по-
верхности датчика также возрастала с повышением
температуры от 24 до 50 °С и составила 0,00014
при T = 24 °С (рис. 2, б, кривая 1, рис. 3, г) и
Рис. 3. Внешний вид поверхности датчиков после экспониро-
вания (t = 3 ч) в условиях, моделирующих атмосферные с
конденсацией влаги на поверхности датчика (а–в) и без нее
(г–е) при T = 24 (а, г), 50 (б, д) и 70 °С (в, е)
Рис. 4. Зависимость iк конструкционной стали Ст3 от темпе-
ратуры в условиях, моделирующих атмосферные с конденса-
цией влаги на поверхности датчика (1) и без (2) нее,
полученная с помощью датчика скорости коррозии
52 7/2011
0,00023 мм/год при T = 50 °С (рис. 2, б, кривая
2, рис. 3, д). Такие значения скорости коррозии
свидетельствовали о том, что металл вел себя как
«совершенно стойкий» по пятибалльной шкале
коррозионной стойкости [2]. Дальнейшее повы-
шение температуры до 70 °С привело к умень-
шению скорости коррозии (рис. 2, б, кривая 3,
рис. 3, е). Наблюдаемое явление можно объяснить
нагревом датчика, и как следствие, — высыха-
нием образующегося фазового слоя, что, очевид-
но, привело к изменению механизма коррозии с
электрохимического на химический и существен-
ному снижению скорости коррозии.
Работы по исследованию атмосферной кор-
розии конструкционной стали и сварных соеди-
нений с помощью метода поляризационного
сопротивления планируется продолжать в лабо-
раторных условиях и условиях эксплуатации при
разной температуре и влажности воздуха, близкой
к критической. Предполагается разработать сис-
темы непрерывного мониторинга коррозионного
состояния сварных металлических конструкций.
Выводы
1. Изучены особенности коррозии углеродистой
стали Ст3 и сварных соединений в условиях, мо-
делирующих атмосферные (температура воздуха
20, 50 и 70 °С, относительная влажность 100 %
в условиях конденсации влаги и без нее). Уста-
новлено, что в тонких пленках влаги скорость кор-
розии возрастает с повышением температуры
влажного воздуха вследствие интенсификации
процесса конденсации влаги и образования слоев
разной толщины.
2. Оценена толщина пленки влаги, образовав-
шейся на поверхности металла в разных условиях.
Показано, что при температуре 24 °С в условиях
конденсации влаги на поверхности датчика тол-
щина слоя влаги составляла 0,6...3,0 мкм, при по-
вышении температуры свыше 40 °С достигала
17…45 мкм.
3. Исследована работоспособность датчика для
измерения скорости атмосферной коррозии при
разной температуре, влажности воздуха 100 % в
условиях конденсации влаги и без нее. Опреде-
лено, что датчик может измерять скорость кор-
розии в диапазоне 1⋅10–6…10 мм/год.
1. Розенфельд Л. И. Атмосферная коррозия металлов. —
М.: Изд-во АН СССР, 1960. — 372 с.
2. Чвірук В. П., Поляков С. Г., Герасименко Ю. С. Елект-
рохімічний моніторинг техногенних середовищ. — К.:
Академперіодика, 2007. — 332 с.
A two-electrode sensor with co-surface electrode position was developed for measurement of the instant rate of corrosion
of structural steels and welded joints in thin electrolyte films. Sensor performance was demonstrated for measurement
of the rate of atmospheric corrosion at different temperatures, 100 % air humidity under the conditions of moisture
condensation and without it. It is established that under the conditions simulating the atmospheric conditions, the developed
sensor can be used to measure the corrosion rates in the range of 1⋅10–6...10 mm/y.
Поступила в редакцию 02.03.2011
Российско-украинская промышленная выставка
«EXPO-RUSSIA UKRAINE 2011»
5–7 сентября 2011 г . Киев Украинский дом
Разделы выставки: энергетика и нефтегазовая промышленность; машиностроение и авто-
мобильная промышленность; металлургия; медицина и фармацевтика; атомная энергетика; телеком-
муникации и связь; образование; строительство; агропромышленный комплекс.
В «Expo-Russia Ukraine 2011» планируют принять участие около 100 российских и украинских
компаний, предприятий малого и среднего бизнеса из многих регионов России и Украины.
Выставку сопровождает насыщенная программа деловых мероприятий. Центральное событие V
конференция «Россия и Украина: Новый этап отношений. Перспективы межрегионального и инно-
вационного сотрудничества». Деловая программа также включает тематические круглые столы,
семинары, конференции с участием политиков, бизнесменов, ученых и экспертов двух стран.
Контакты: +7 (495) 637-5079, 637-3633, 637-36-66, +7 (499) 766-99-17;
многоканальный номер: +7 (495) 721-3236; web: z-expo.ru;
Е-mail: 6373633@mail.ru
7/2011 53
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102784 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:54:48Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Осадчук, С.А. Ныркова, Л.И. Поляков, С.Г. Мельничук, С.Л. Гапула, Н. А. 2016-06-12T14:50:39Z 2016-06-12T14:50:39Z 2011 Разработка датчика для определения скорости коррозии сварных металлоконструкций в атмосферных условиях / С.А. Осадчук, Л.И. Ныркова, С.Г. Поляков, С.Л. Мельничук, Н.А. Гапула // Автоматическая сварка. — 2011. — № 7 (698). — С. 50-53. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102784 621.791.052:620.179.111. Разработан двухэлектродный датчик с коповерхностным расположением электродов для измерения мгновенной скорости коррозии конструкционных сталей и сварных соединений в тонких пленках электролитов. Проде- монстрирована его работоспособность для измерения скорости атмосферной коррозии при разной температуре, влажности воздуха 100 % в условиях конденсации влаги и без нее. Определено, что в условиях, моделирующих атмосферные, с помощью разработанного датчика можно измерять скорость коррозии в диапазоне 1⋅10–6…10 мм/год. A two-electrode sensor with co-surface electrode position was developed for measurement of the instant rate of corrosion of structural steels and welded joints in thin electrolyte films. Sensor performance was demonstrated for measurement of the rate of atmospheric corrosion at different temperatures, 100 % air humidity under the conditions of moisture condensation and without it. It is established that under the conditions simulating the atmospheric conditions, the developed sensor can be used to measure the corrosion rates in the range of 1⋅10–6...10 mm/y. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Производственный раздел Разработка датчика для определения скорости коррозии сварных металлоконструкций в атмосферных условиях Development of a sensor to determine the rate of corrosion of welded metal structures under atmospheric conditions Article published earlier |
| spellingShingle | Разработка датчика для определения скорости коррозии сварных металлоконструкций в атмосферных условиях Осадчук, С.А. Ныркова, Л.И. Поляков, С.Г. Мельничук, С.Л. Гапула, Н. А. Производственный раздел |
| title | Разработка датчика для определения скорости коррозии сварных металлоконструкций в атмосферных условиях |
| title_alt | Development of a sensor to determine the rate of corrosion of welded metal structures under atmospheric conditions |
| title_full | Разработка датчика для определения скорости коррозии сварных металлоконструкций в атмосферных условиях |
| title_fullStr | Разработка датчика для определения скорости коррозии сварных металлоконструкций в атмосферных условиях |
| title_full_unstemmed | Разработка датчика для определения скорости коррозии сварных металлоконструкций в атмосферных условиях |
| title_short | Разработка датчика для определения скорости коррозии сварных металлоконструкций в атмосферных условиях |
| title_sort | разработка датчика для определения скорости коррозии сварных металлоконструкций в атмосферных условиях |
| topic | Производственный раздел |
| topic_facet | Производственный раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102784 |
| work_keys_str_mv | AT osadčuksa razrabotkadatčikadlâopredeleniâskorostikorroziisvarnyhmetallokonstrukciivatmosfernyhusloviâh AT nyrkovali razrabotkadatčikadlâopredeleniâskorostikorroziisvarnyhmetallokonstrukciivatmosfernyhusloviâh AT polâkovsg razrabotkadatčikadlâopredeleniâskorostikorroziisvarnyhmetallokonstrukciivatmosfernyhusloviâh AT melʹničuksl razrabotkadatčikadlâopredeleniâskorostikorroziisvarnyhmetallokonstrukciivatmosfernyhusloviâh AT gapulana razrabotkadatčikadlâopredeleniâskorostikorroziisvarnyhmetallokonstrukciivatmosfernyhusloviâh AT osadčuksa developmentofasensortodeterminetherateofcorrosionofweldedmetalstructuresunderatmosphericconditions AT nyrkovali developmentofasensortodeterminetherateofcorrosionofweldedmetalstructuresunderatmosphericconditions AT polâkovsg developmentofasensortodeterminetherateofcorrosionofweldedmetalstructuresunderatmosphericconditions AT melʹničuksl developmentofasensortodeterminetherateofcorrosionofweldedmetalstructuresunderatmosphericconditions AT gapulana developmentofasensortodeterminetherateofcorrosionofweldedmetalstructuresunderatmosphericconditions |