焊接结构的应力腐蚀破坏.pptVIP

第 4 章焊接结构的应力腐蚀破坏 本章内容及重点： 4.1 应力腐蚀破坏概述4.2 应力腐蚀断裂的过程及断口特征 ★ 4.3 断裂力学在结构抗应力腐蚀中的应用4.4 防止焊接结构产生应力腐蚀的措施 ★  4.4.1 正确选材 4.4.2 合理的结构设计 4.4.3 消除和调节残余应力 4.4.4 控制电位——阴极和阳极保护 4.4.5 用镀层或涂层隔离环境 4.4.6 控制和改善环境 产生应力腐蚀的介质一般都是特定的。即：每种材料只对某些介质敏感，而这些介质对其他材料可能没有明显作用。 例如：黄铜在氨气中，不锈钢在具有氯离子的腐蚀介质中都容易发生应力腐蚀。反过来则不敏感。 表4-l列出工业上常用金属材料相应的应力腐蚀敏感介质。 2．焊接结构的应力腐蚀破坏事例 应力腐蚀破坏是危害最大的腐蚀形态之一，它是一种灾难性腐蚀。因为它是一种事先不易察觉的脆性断裂，即它使金属结构等突然破坏，会引起各种不幸事故，如爆炸、火灾、环境污染等。 据统计：美、英原子能容器及系统配管破坏事故1／3以上是由应力腐蚀引起的。德国一家大化工厂1968～1972年间，在全部设备的腐蚀破坏事故中，应力腐蚀破坏超过总数的1／4。日本1965～1975年间化工设备所发生的破坏事故中有近半数属于应力腐蚀破坏。我国的各类球罐，从1975～1979年所发生的20起球罐破坏事故中，有40％是由应力腐蚀引起的。 下面是几个典型事例。 应力腐蚀的典型事例 美国西弗吉尼亚州和俄亥俄州之间的一座桥梁，1967年12月突然塌陷，当时正在过桥的车辆连同行人坠入河中，死亡46人。事后由专家检查发现，钢梁因应力腐蚀和腐蚀疲劳的共同作用，产生了裂纹而断裂。引起应力腐蚀的环境是大气中含有微量的SO2或H2S。 美国输气管线和沙特阿拉伯油田的油井管线，分别于1965年3月和1977年9月，由于管道应力腐蚀破裂泄漏汽油，而发生大火，死亡多人，并造成巨大损失。1962年2月日本川崎工厂，一台容积2000m3，材料HT80，板厚16.5mm的球罐，投产后仅20d就在环缝上产生应力腐蚀裂纹。还有一台500m3，采用HT70制造的球罐，仅用12d就由应力腐蚀引起破裂。它们都是在H2S介质里引起的应力腐蚀。 我国北京某厂用8mm厚的Q345(16Mn)钢板制作的一台大型NaOH储罐，使用仅32d就发生破裂，经多次补焊，越补越裂，最后报废。上海某化工厂用12mm厚的锅炉钢板制作的高位槽，使用仅2周，就在焊缝热影响区部位破坏。南京某化肥厂的高压热交换器管束运转40d就发现泄漏。天津某厂1000m3球罐也只使用2个月，就在焊缝附近发现多处裂纹。 可见，应力腐蚀和腐蚀疲劳破坏在石油化工容器、管道、桥梁、储罐及其他焊接结构，如海洋平台、导管架、船舶、建工建筑物及核容器等上都会经常发生。因此，应力腐蚀破坏应是我们高度重视的问题之一。 4.2 应力腐蚀断裂的过程及断口特征 4.2.1 应力腐蚀断裂的过程 应力腐蚀断裂的过程也是一种裂纹成核、长大的过程。如果材料表面没有预先存在的裂纹或其他缺陷，并被氧化膜覆盖，则其断裂过程如图4-2。 首先，金属材料在拉应力及腐蚀介质的共同作用下，表面的氧化膜局部受到破坏，即氧化膜局部穿透，然后在腐蚀介质的继续作用下，氧化膜局部穿透处形成腐蚀坑孔，它本身也是一种形核及长大的过程；当应力腐蚀裂纹长大到足够的长度且应力并未松弛时，将产生失稳扩展，剩余的部分以很高的速度(约为1／3声速)断裂。环境介质对于最终的快速断裂并无影响。 4.2.2 应力腐蚀的断裂机理 影响应力腐蚀的因素众多而复杂，至今还没有得出一个完整的断裂机理。下面介绍一种为多数人接受的应力腐蚀机理，即保护膜破坏机理： 这是较早的一种应力腐蚀机理，认为产生应力腐蚀是电化学反应起控制作用。在很多情况下，应力腐蚀与氢脆是共存的。 应力腐蚀裂纹的形成及扩展 当应力腐蚀敏感材料置于腐蚀介质中(图a)，首先在表面形成一层保护膜，它阻止腐蚀进行，即所谓“钝化”(图b)； 由于拉应力和保护膜增厚带来的附加应力使局部地区的保护膜破裂。破裂处基体金属直接暴露在腐蚀介质中，该处的电极电位比保护膜完整的部分低，而成为微电池的阳极，产生阳极溶解(图c)； 因为阳极小、阴极大，所以溶解速度很快，腐蚀到一定程度又形成新的保护膜(图d)，但在拉应力的作用