Защита сварных швов от коррозии

Сварное соединение и зона около шва, независимо от марки стали, ее назначения и сложности изделия является наиболее уязвимым местом по отношению к остальной конструкции. Химическая  и электрохимическая коррозия сварных соединений наиболее опасные виды разрушений, которым они подвержены.

Защита шва от коррозии

Причины появления коррозии при сварке

Появление коррозии в первую очередь на сварных соединениях, объясняется двумя причинами:

1. разрывом первичных межкристаллических связей и получением новых, отличных по своим механическим свойствам от прежних, а также появление напряжений в структуре металла.
2. изменением химического состава, появлением оксидов (эндогенных неметаллических включений), являющихся концентраторами напряжений в структуре;
3. образованием гальванической пары за счет изменений в хим. составе сварного шва.

Влияние вышеперечисленных изменений возрастает пропорционально степени и интенсивности, количеству и размерам. Скорость протекания реакции окисления дополнительно определяется условиями работы: климатической составляющей, физико-химическим воздействием (рабочей средой).

Виды коррозии сварочного шва

На данный момент достаточно изучили, какие существуют виды коррозионного разрушения сварных соединений и в зависимости от характера их действия, к ним применяются соответствующие меры защиты.

По характеру разрушения коррозия подразделяется на 3 типа:

• Сплошная

Преобладает преимущественно в углеродистых нелегированных или мало легированных сталях с однородной структурой. Шов, вне зависимости от марки стали, всегда разрушается более интенсивно, чем целостная плоскость.

Внешний вид сплошной коррозии

• Точечная или местная

К такому виду разрушения предрасположена сталь неоднородная по своему химическому составу. Такая коррозия развивается в слабо ржавеющих сталях типа Х12МФ или в сварных швах, обедненных хромом. Обуславливается также и условиями эксплуатации.

Местная коррозия металла

• Межкристаллитная или ножевая

Наиболее опасный вид коррозии. Разрушение происходит по границам зерен металла по всей толщине. Подвержены этому «заболеванию» аустенитные (нержавеющие) стали, подвергающиеся продолжительному нагреву свыше 600 ºС, в том числе и свариванию.

Межкристаллитная коррозия металла

Гальваническая пара также способствует этому виду разрушения: сварное соединение после расплавления меняет свой химический состав и при воздействии на него электролита, в качестве которого может выступать даже вода, истощается в первую очередь. Такой вид коррозии «работает» одновременно может работать на большой площади металла, который разрушается даже при небольшой нагрузке.

Первостепенная задача, после термомеханической обработки — защита сварных швов от коррозии всех видов.

Способы защиты соединений от коррозии

Защита сварных швов от коррозии ГОСТ 9 402-2004 проводится двумя типами покрытий:

• неметаллическим: лакокрасочными материалами, дополнительно придающими эстетичный внешний вид;
• металлическим: анодирование, лужение, наплавление коррозионно-стойких материалов, лакокрасочные материалы на металлической основе.

Наносится антикоррозионная защита сварных соединений после многостадийной обработки поверхности, которая направлена на устранение оксидной пленки и мелкодисперсной пыли впоследствии вызывающие подпленочную коррозию.

Эффект от антикоррозийного покрытия шва

Процесс может состоять из нескольких этапов:

1. Механическая обработка поверхности.
2. Химическая или электрохимическая обработка поверхности с образованием устойчивых соединений, увеличивающих коэффициент сцепления между двумя разнородными материалами:
   1. для черных металлов: фосфатирование, хроматирование, пассивирование, воронение;
   2. для цветных металлов: лужение, щелочное травление + осветление.

Для аустенитных сталей проводится дополнительная термомеханическая защита сварных швов от коррозии, нержавейка в этом отношении зависит от содержания хрома. При процентном содержании хрома до 12 %, он находится в зерне металла, а на его границах это количество снижено, что приводит к увеличению карбидных и интерметаллидных соединений. В то время как само зерно остается в пассивном состоянии, границы начинают свободно реагировать. Для стабилизации структуры проводят термическую обработку стали, нагревая ее до 600 ºC и быстро охлаждая, что приводит к упрочнению межкристаллитных связей за счет образования карбидов хрома на границах.

Защита сварных швов от коррозии на авто являет собой совершенно другой принцип. Это низкоуглеродистый штампованный металл, с большим количеством внутренних напряжений. Здесь технология выбирается в зависимости от характера и размера повреждения. Главным критерием является, испытывают ли детали какую-либо нагрузку. Обработка швов корпуса автомобиля проводится двумя способами:

• металлическими припоями (лужение):
  • олово–свинцовые — используются для ненагруженных деталей;
  • латунные — используются для стыков, подвергающихся механическим нагрузкам;
• шпаклевочными материалами.

«Важно!

Лужение сварочного шва представляет собой заполнение неровностей латунным или оловянно–свинцовым припоем (олово в чистом виде при температуре -10º С окисляется и превращается в серый порошок).»

Перед нанесением поверхность очищается от ржавчины, мелкодисперсной пыли, после чего на поверхность наносят флюс, исключающий окисление, и нагревают горелкой. Припой изготавливается в виде прутков. Температуры нагретого металла превышает температуру плавления припоя, который сразу же схватывается с поверхностью. Лишний материал снимают рашпилем и шлифуют поверхность.

Защита сварных швов от коррозии под землей заключается в термической обработке (отпуску) сварного соединения, как правило, это относится к магистральным трубопроводам, которые изготавливаются из углеродистого легированного металла или нержавеющей стали. Углеродистый металл общего назначения, не требует такой обработки и сразу подвергается изоляции материалами, изготовленными на основе битума, стекла, полимеров.

Защита сварных швов от коррозии в авиации основывается на технических свойствах алюминиевых сплавов, которые являют собой основу всего самолетостроения. Алюминий, являясь наиболее близко расположенным к кислороду элементом, проявляет высокую активность при взаимодействии, что исключает возможность сваривания металла в незащищенной атмосфере. В самолетостроении важно максимально точно сохранить однородность сплава, для чего используют магнитно–импульсную сварку. Особенность ее заключается в мгновенном расплавлении (0,1-0,2 сек) и соединении двух частей, при котором очень плотное прилегание двух поверхностей исключает влияния чужеродных примесей на зону плавления. Эту же технологию применяют для труб ответственного значения.

Вывод

Существующие технологии представляют собой две стадии защиты:

• Стабилизацию структуры термической обработкой (используется ограниченно, в легированных сплавах);
• Нанесение различных коррозионно-устойчивых покрытий на защищаемую поверхность (применяется для всех видов сплавов).

Задача покрытия состоит в том, чтобы создать максимально прилегающий к основе слой, исключить на него воздействие кислорода. По-сути это можно назвать изоляционным слоем. Тем не менее, устранить корродирование полностью невозможно, все направленные меры способны только увеличить длительность этого процесса во времени.