Механическая деформация

ИЗМЕРЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛА. Критерий степени защиты, включая и перезащиту, получают с помощью измерения потенциала защищаемой конструкции. Для практики эти измерения наиболее важны, они общеприняты и широко используются специалистами по коррозии. Такой подход основан на фундаментальном положении, что оптимум катодной защиты достигается, когда защищаемая конструкция поляризована до потенциала анодных участков в отсутствие тока. Этот эмпирически установленный потенциал для стали равен —0,85 В по отношению к насыщенному медносульфатному электроду или —0,53 В.

по н. в. э. по отношению к насыщенному медносульфатному электроду

Эмпирическое значение для свинца, оцененное лишь приблизительно [231, составляет примерно —0,78 В по насыщенному медносульфатному электроду, в то время как расчетное значение для пленки РЬ(ОН)2 на свинце равно —0,59 В. В щелочных средах, где происходит образование плюмбитов, расчетное значение приближается к эмпирическому **. Расчетные значения потенциалов для различных металлов представлены в табл. 12.1.

2. Рассчитайте минимальное значение, до которого нужно сместить потенциал цинка по отношению к медносульфатному электроду сравнения, для достижения полной катодной защиты. Принять, что продуктом коррозии является Zn(OH)2 (произведение растворимости Zn(OH)3 равно 4,5-10~а*).

Металл, помещённый в электролит, всегда имеет естественный электродной потенциал. На основании экспериментальных данных оило установлено, что естественный потенциал многих стальных подземных трубопроводов леьшт в пределах от минус 0,35 В до минус 0,65 В» Поэтому при расчёте катодной защиты, если нет заверенных данных, естественный потенциал стали принимают равным минус 0,55 И но отношению к медносульфатному электроду сравнения (Ы.С.Э) Потенциал защищаемой конструкции, при котором ток коррозии практически равен нулю, называется защитным потенциалом. Практически стальные подземные сооружения становятся защищёнными на 80... 90 %, если потенциал равен минус 0,85 В. Эти величина принята в нашей стране как критерий минимального защитного потенциала. Однако указанный минимальный потенциал достаточен только в случае, если отсутствует анаэробная биокоррозия. При наличии последней защитный потенциал должен бьть более отрицательным, ~ равным минус 0,95В.

С 1928 г. катодная защита трубопроводов начала внедряться в США. Роберт Дж. Кун, которого в США называют «отцом катодной защиты», оборудовал в 1928 г. первую установку катодной защиты на магистральном трубопроводе в Новом Орлеане и этим открыл путь к практическому применению катодной защиты на трубопроводах. Уже около 1923 г. Э. Р. Шепард в том же Новом Орлеане отводил блуждающие токи от трамвайных путей при помощи дренажных установок. Поскольку участок защиты непокрытых чугунных труб с плохо проводящими раструбными соединениями не достигал конца трубопровода, Кун поставил дополнительную установку катодной защиты. В ходе экспериментов он сделал вывод, что защитный потенциал — 0,85 В гю отношению к насыщенному медносульфатному электроду сравнения достаточно1 надежно предотвращает коррозию любого вида. Об этом важном параметре, на который теперь ориентируется вся техника катодной защиты от коррозии, Кун сообщил на конференции по борьбе с коррозией Национального бюро стандартов США в Вашингтоне [39]. О причинах коррозии подземных трубопроводов у американских ученых в то время еще не было четких взглядов. Доклад Куна был единственной работой, в которой коррозия объяснялась образованием гальванических элементов. В докладе содержалось описание способа, позволяющего предотвратить коррозию, т. е. способа катодной защиты. По этому поводу Кун писал: «Данный метод не предназначается специально для предотвращения только коррозии в грунте, но пригоден также и для то'Го, чтобы путем электрического дренажа исключить электролитическую коррозию трубопроводов, вызываемую блуждающими токами трамвая». Кун показал, что применение его способа защищает трубы не только от электрохимической коррозии, вызываемой блуждающими токами, но и от токов, образующихся в макроэлементе, т. е. вообще от подземной коррозии. Испытания показали, что средняя плотность защитного тока око^ ло 10—20 мА-м-2 достаточна для такого снижения потенциала трубопровода, при котором уже не наблюдается никаких сквозных коррозионных повреждений [40].

Некоторые специалисты выразили скептическое отношение к результатам этих исследований. Еще в 1935 г. в одной из работ Американского института нефти в Лос-Анжелесе утверждалось, что токи от цинковых анодов (протекторов) на сравнительно большом расстоянии уже не могут защитить трубопровод и что защита от химического воздействия (например кислот) вообще невозможна. Поскольку в США вплоть до начала текущего столетия трубопроводы нередко прокладывали без изоляционных покрытий, катодная защита для них была сравнительно дорогостоящей и для ее осуществления требовались значительные токи. Поэтому естественно, что хотя в США в начале 1930-х гг. и защищали трубопроводы длиной около 300 км цинковыми протекторами защита катодными установками (катодная защита током от постороннего источника) обеспечивалась только на трубопроводах протяженностью до 120 км. Сюда относятся трубопроводы в Хьюстоне (штаг Техас) и в Мемфисе (штат Теннесси), для которых Кун применил катодную защиту в 1931—1934 гг. Весной 1954 г. И. Денисон получил от Ассоциации инженеров коррозионистов премию Уитни. При этом открытие Куна стало известным вторично, потому что Денисон заявил: «На первой конференции по' борьбе с коррозией в 1929 г. Кун описал, каким образом он с применением выпрямителя снизил потенциал трубопровода до — 0,85 В по отношению к насыщенному медносульфатному электроду. Мне нет нужды упоминать, что эта величина является решающим критерием выбора потенциала для катодной защиты и используется теперь во всем мире».

циентом Тафеля й+«60 мВ. Обе кривые для кислых вод существенно и по-разному отличаются от кривой для нейтральных вод, что свидетельствует о сложной кинетике растворения железа; уравнение (2.21) описывает только суммарную реакцию этого процесса [2]. Существенным показателем для вод, содержащих двуокись углерода, является более крутой ход прямой с коэффициентом 6+«40 мВ [19, 20]. Для этих сред защитный потенциал получается несколько более отрицательным (—0,95 В по медносульфатному электроду). Это относится и к средам, содержащим сероводород [21].

Все приемы измерений оказываются неосуществимыми, если уравнение (3.8) нельзя применить при малых значениях постоянной времени тм. Так, в некоторых редких случаях при чистом песчаном грунте наблюдалось, что ток может вызвать электрическую поляризацию песка, что существенно искажает результат измерения потенциала без применения зонда [21- Потенциал при этом получается ощутимо сдвинутым в отрицательную сторону. Могут быть измерены нереальные потенциалы выключения по медносульфатному электроду k'cu/Cuso. =—1>7 В и еще более отрицательные. Такой эффект поляризации грунта не наблюдается, если в нем присутствуют растворенные соли или если увеличивается его электропроводность. Следовательно, этот эффект получается только тогда, когда ввиду высоких сопротивлений не может идти ни гальваническая коррозия (внешним током), ни коррозия блуждающим током, а из-за отсутствия ионов грунт тоже не проявляет коррозионной агрессивности [2]; [см. раздел 4]. Таким образом, обусловленная этим эффектом неточность измерения не может принести вреда вследствие ошибки в определении потенциала.

труба—грунт по медносульфатному электроду сравнения): I — потенциал включения; II1—потенциал выключения; 1— старый трубопровод (10 лет действия катодной защиты); 2 — новый трубопровод (2 года действия катодной защиты); 3 — старый трубопровод (3 года действия катодной защиты); 4 — резервуар — хранилище после 1 ч наложения тока

Согласно рассуждениям в разделе 2.4, электрохимическая защита обеспечивается в том случае, если потенциал (с элиминированием омического падения напряжения) удовлетворяет критериям согласно неравенствам (2.45) — (2.48). Для подземных сооружений из черных металлов потенциал (по медносульфатному электроду сравнения) должен быть более отрицательным, чем — 0,85 В. Этот критерий известен дав-

нагрузка—механическая деформация. При этом автоматически исключается с помощью системы компенсации сигнал на деформо-. метре, вызванный температурным расширением образца. Испытывались цилиндрические сплошные образцы диаметром 8 мм с рабочей частью длиной 25 мм (рис. 1.3.5) в режиме непрерывного •(без температурных выдержек) циклического нагрева в интервале

Для получения сигнала, соответствующего тепловому расширению испытываемого образца, перед началом нагружений выполняется «температурная качка» свободного незакрепленного образца с воспроизведением температурного режима испытаний. Регистрация с помощью деформометра и соответствующей регистрирующей аппаратуры сигнала от теплового расширения образца позволяет скорректировать программу компенсационного задатчика и учесть указанные выше особенности теплового расширения, а также разброс размеров и теплофизических свойств образцов. В результате в условиях неизотермического нагружения на двух-координатных крупномасштабных приборах осуществляется запись диаграмм циклического деформирования в координатах нагрузка — механическая деформация и исключается из рассмотрения с помощью системы автоматической компенсации сигнал на деформометре, вызванный температурным расширением.

В настоящее время широко внедряются в производство станки с ЧПУ, автоматические линии; на основе новых прогрессивных конструкторских и технологических решений создаются автоматизированные участки, цеха и даже целые заводы. Однако до сих пор узким, а во многих случаях даже нерешенным остается вопрос автоматического управления точностью. Известно, что точность обработки деталей на станках зависит от множества факторов. К основным можно отнести: точность относительного расположения инструмента и детали, износ инструмента, отжим инструмента и детали в процессе- обработки, температурная и механическая деформация инструмента и детали.

Шлифы из массивных материалов. Такие образцы изготовляют из монолитных или спеченных металлокерамических материалов. Процесс изготовления шлифа для рентгеновского исследования состоит из нескольких этапов. После вырезки образца обычно необходимо удалить поверхностный слой, имеющий измененную структуру вследствие предшествующей обработки (окисление, обезуглероживание), либо вследствие изменений, внесенных при вырезке и подготовке поверхности образца (механическая деформация поверхностного слоя).

Как показали исследования, причина течей в различных режимах эксплуатации заключалась в недостаточном качестве технологии изготовления трубок Фильда. Все течи возникали в районе сварного шва донышка и чехловой трубки Фильда. При металлографическом исследовании в пришовной зоне донышек были обнаружены микротрещины, первопричиной которых была механическая деформация при холодной штамповке донышек.

Рассмотреть процесс термоциклического нагружения можно на простейшей механической модели, представляющей собой жестко закрепленный по концам металлический стержень, который циклически охлаждают до минимальной температуры 7\ и нагревают до максимальной Т2. При однократном цикле изменения температуры 7\—Т2 — Тг в стержне возникает относительная механическая деформация, равная стесненной термической деформации а (Т%— 7\) (где а — средний в интервале температур 7\—Т2 коэффициент линейного расширения). В процессе нагрева до температуры 72 и охлаждения до 7\ стержень испытывает наибольшую деформацию соответственно сжатия и растяжения. При многократном повторении циклов в результате деформаций стержня наступает термическая усталость материала. п , „

^ При заданной максимальной температуре цикла изменять стесненную термическую деформацию, которая при жестком закреплении образца равна механической деформации, можно лишь изменяя минимальную температуру. Кроме того, при максимальной температуре всегда имеет место наибольшая деформация сжатия, а при минимальной — наибольшая деформация растяжения. В реальных условиях термоциклического деформирования элементов конструкций, которое часто происходит в заданном интервале температур, механическая деформация может быть меньше или больше термической, а деформация растяжения может иметь место при максимальной температуре.

Большие возможности дают испытания, в которых при заданном интервале температур можно независимо варьировать размах деформации в широких пределах, в том числе с превышением термической деформации и с изменением знака экстремальных деформаций. Схема установки для таких испытаний показана на рис. 13. Образец 2 закреплен в неподвижном фланце /, и перемещающемся возвратно-поступательно плунжере 3. Циклическая механическая деформация образца обусловлена вращением вторичного вала редуктора 4, а ее величина зависит от эксцентриситета Е эксцентрика 5. Выходной вал редуктора связан с синхронизирующим устройством включения нагрева и охлаждения образца, которое позволяет варьировать соотношение между механической и термической деформацией цикла по заданной программе.

где (АЯ ± Ъ.ЩЬ — размах относительной упругопластической деформации; АЯ — абсолютная принудительная механическая деформация. На этой установке можно испытывать образцы на термическую усталость при совмещении максимальной деформации растяжения в цикле с максимальной температурой.

Механическая деформация, влияние на время отжига 222, 265

Механическая деформация, влияние на микроструктуру 230, 235