Коррозионно-усталостные свойства сварных соединений с полимерными покрытиями

Все основные элементы авиационных, судовых, железнодорожных и других конструкций работают в условиях одновременного воздействия переменных нагрузок и коррозионно-активной среды (осадки, конденсат, промышленная атмосфера и т. д.), что вызывает значительно более интенсивное их разрушение по сравнению с теми случаями, когда указанные факторы действуют изолированно. Это явление получило название коррозионной усталости, и его количественное выражение, очевидно, является одной из важнейших и обобщающих характеристик при оценке эксплуатационной долговечности высокоресурсных сварных соединений.

Совокупное воздействие эксплуатационных факторов на служебные характеристики материалов и конструкций изучает новая отрасль науки — физико-химическая механика материалов, созданная академиком П. А. Ребиндером и интенсивно развивающаяся в настоящее время.

Понятие «коррозионная усталость» пока еще не имеет однозначного описания, но ее необходимо учитывать при оценке долговечности сварной конструкции.

В настоящее время существует четыре основные гипотезы механизма коррозионной усталости: электрохимическая, адсорбционноэлектрохимическая, механическая и коррозионно-механическая.

Анализ многочисленных литературных данных и результаты экспериментов позволяют считать наиболее обоснованной и подтвержденной практикой коррозионно-механическую гипотезу, дополненную отчетливо выявленным влиянием адсорбционно-расклинивающего эффекта П. А. Ребиндера.

Количественной мерой коррозионной усталости в большинстве литературных источников [21] считают предел коррозионной усталости — числовое значение на выбранной базе испытаний.

Однако эта величина не может быть достаточно обоснованно принята за критерий оценки долговечности, так как она не выражает степень потери циклической прочности в коррозионной среде и не может служить количественной мерой сопротивления металла этому процессу. Кроме того, как показали многочисленные исследования Г. В. Карпенко, Л. А. Гликмана, В. В. Романова и других исследователей, реального предела усталости в коррозионных средах нет — усталостная кривая практически не имеет горизонтального участка.

В связи с тем, что конструктору изделия наиболее важно знать, какую потерю циклической прочности можно ожидать при эксплуатации изделия в коррозионной среде, представляется целесообразным характеризовать выносливость соединения показателем абсолютной потери циклической прочности — Aa_N.

В общем случае.

где A off — потеря прочности вследствие коррозионной усталости; АОд, — потеря прочности вследствие общей коррозии; Aajf — потеря прочности вследствие водородного охрупчивания.

Для большинства конструкционных материалов при используемых базах и частотах нагружения в разбавленных электролитах величинами АОд, и Да^ можно пренебречь, тогда.

где О] — напряжение разрушения при статическом нагружении в разбавленном электролите; — уровень напряжений, при которых происходит разрушение за число циклов N в данной среде.

По существу of является коэффициентом запаса циклической прочности в данной среде.

Выносливость соединений у при коррозионной усталости, очевидно, будет тем больше, чем меньше величина Дс{^, т. е.

Для сравнения коррозионной активности различных сред удобно пользоваться коэффициентом относительного изменения циклической прочности в данной среде.

В связи с изложенным предлагается количественной мерой оценки эксплуатационной долговечности сварных соединений в конструкциях считать абсолютную потерю циклической прочности в данной среде и совместно и одновременно анализировать потерю циклической прочности и коэффициент запаса циклической прочности.

На базе изложенных представлений и была выбрана методика испытаний на коррозионную усталость. Испытания проводили на стандартной машине типа «Шенк» с установкой на образец микрокамер для подвода коррозионной среды.

Большое количество испытаний показало, что показатели коррозионной усталости в 1,5—3 раза ниже по сравнению с испытаниями на воздухе. Данные подобных испытаний необходимо учитывать при оценке долговечности конструкций.

Наличие полимерных покрытий на границе металл-среда может резко изменить характер физико-химических явлений процесса разрушения и, соответственно, повысить эксплуатационную долговечность.

На рис. 9.11 представлены результаты коррозионно-усталостных испытаний сварных образцов из алюминиевого сплава 1201 толщиной 1 мм. В качестве коррозионной среды использовали 3-%-ный раствор NaCl.

Рис. 9.11. Коррозионно-усталостная прочность сварных стыковых соединений из сплава 1201 толщиной 1 мм:

1,2 — с полимерным покрытием (клей ВК-39); 3 — без покрытия Видно, что применение полимерных покрытий (клей ВК-39) позволяет резко повысить долговечность соединений. Таким образом, совместное действие ощутимых сжимающих напряжений (за счет усадки покрытия) и практически полное подавление адсорбционно-расклинивающего эффекта является весьма рациональным путем повышения эксплуатационной долговечности сварных конструкций.