Файл: Немкевич, А. С. Конструирование и расчет печатающих механизмов-1.pdf

мального распределения и определяет «ширину» переходной об­

ласти на оси х из условия ф / — которое, вообще

говоря, выполняется только на бесконечности, но может служить приближенной мерой переходной области для конечных значе­ ний х при заданной степени приближения U (х) к U0: например, уже для х!а |/ 2 == 2 величина U (х) = U° -0,9545, а для х/о 1/2 =

=4 она составляет U (а') = U -0,99994.

Подставляя выражение (318) в (298), получаем

В случае сужения переходной области так, что а —>0, выра­

жение (321) переходит в (299), как и следовало ожидать. Подставляя (321) в (297) и переходя к оригиналу, находим:

Фиксируя параметр со в величинах Rn (со) и а (со), как и выше,

получим для х ^ 0:

со

Этот интеграл получен для Re а > 0, Re (а2/2) > 0 и х > 0 (поэтому нельзя выполнить предельный переход при а —>0).

Как видно из выражения (322), подынтегральная функция

218

Является быстро убывающей, и основной вклад в величину йнтёграла вносят малые значения со. Если к тому же величина о также

к рассмотренному выше. Вместе с тем в 'непосредственной бли­ зости от точки „V= 0 (при о Ф 0) плотность тока утечки стремится

к нулю, как это видно из выражения (323), т. е. наличие пере­ ходной зоны конечной ширины уменьшает концентрирование тока утечки на границе участков и тем самым улучшает корро­ зионное состояние металла вблизи границы.

Электрохимическая гетерогенность сварного соединения

Одной из наиболее опасных причин появления макроэлектрохимической гетерогенности трубопровода в результате техноло­ гических процессов является наличие сварных стыков, в области которых металл не только находится в различном физико-меха­ ническом состоянии, но и имеет изменяющийся от точки к точке химический и фазовый состав из-за различия химического со­ става наплавки и основного металла, а также.вследствие проте­ кания физико-химических и теплофизических процессов в зоне шва при сварке. Поэтому функция U (х) имеет сложный вид

в зоне шва и ее можно определить специальными микроэлектро-

область непосредственно шва имела иной начальный потенциал,' чем остальная часть трубопровода. Расстояние между стыками (порядка 10— 12 м) намного превышает ширину зоны стыка (по­ рядка нескольких сантиметров). Следовательно, в окрестности стыка падение потенциала в металле пренебрежимо мало, и ме­ талл может считаться почти эквипотенциальным, т. е. принимаем

г—>0. В таком случае следует воспользоваться уравнением (260)

ирассматривать продольный ток I (х) внутри трубы (для случая

внутренней коррозии), распределение которого характеризуется

уравнением

1 Для экспрессных оценочных исследований можно определить начальные потенциалы путем измерения электродных потенциалов выделенных участков малой площади (величину которой выбирают из соображений разрешающей способности) при изолировании покрытием остальной поверхности.

219

Соответственно поляризационный потенциал в пределах одно­ родных участков подчиняется уравнению

(326)

Рассмотрим вначале одну границу: сварной шов—металл.

Принимая в первом приближении ступенчатый характер функции

Отсюда видно, что даже при однородном распределении на­ чального потенциала отдельно в пределах шва и основного ме­ талла распределение поляризующего тока существенно неодно­ родно и претерпевает разрыв: анодный ток достигает максимума

вают многочисленные наблюдения, локализуется именно в этом месте.

При рассмотрении сварного шва в целом (две границы кон­ такта шва с основным металлом) или при изучении электрохими­ ческой гетерогенности, обусловленной несколькими сварными соединениями, расположенными вдоль трубопровода, распреде­ ление поляризации получают суперпозицией выражений (327) и

ного соединения на рис. 94 и 95 показано распределение локаль­ ного электродного потенциала поперек сварного шва на поверх­ ности пришовной зоны стали 1Х17Н2, сваренной встык электро­ дом марки основного металла на минимальной и максимальной погонной энергии соответственно 1,76 кДж/см (420 кал/см) при движении электрода со скоростью 5 м/ч под током 90 А и

18,5 кДж/см (4400 кал/см) при 10 м/ч и 300 А.

Перед измерениями поверхность полировали и травили для выявления зон термического влияния (з. т. в.) обычным способом, принятым в металлографии.

В интересующую точку з. т. в. наносили каплю электролита (0,1-н. раствор НС1) и с помощью микрокапиллярного шупа вы­ сокоомным вольтметром измеряли (совместно с В. Е. Шестопа­ ловым) электродный потенциал.

Напряженное состояние поверхности сварного соединения оценивали путем замера микротвердости прибором ПМТ-3 с на­ грузкой на индентор 1Н (100 гс). Измерения проводили перпен­ дикулярно шву с шагом 0,14 мм „в зоне шва, зоне термического

220

Рис. 94. Электрохимическая и механическая гетерогенность сварного со­

единения стали 1Х17Н2. Энергия сварки q/v 1,76 кДж/см (420 кал/см). Цифры вверху — остаточные напряжения II рода

Рис. 95. Электрохимическая и механическая гетерогенность сварного соединения стали IX17H2. Энергия сварки q/v 18,5 кДж/см (4400 кал/см). Цифры вверху — остаточные напряжения II рода

влияния и основного металла. Результаты подвергали статисти­ ческой обработке.

Остаточные микронапряжения II рода определяли (в лабора­ тории Г. М. Воробьева) по относительным величинам микроиска­ жений решетки путем локального рентгеноструктурного анализа на установке ДРОН-1 в хромовом излучении. Анализу подвергали участки вдоль перпендикулярной шву линии с шагом, равным

1 мм.

Как видно из рисунков распределение величины уменьше­ ния локального потенциала (относительно потенциала металла, не затронутого сваркой) вдоль расстояния, отсчитываемого перпен-

221

ДикуЛярйо шву от его оси, прохо­ дит через максимум около границы шва. Величина разблагораживания потенциала при обоих значе­ ниях погонной энергии сварки приблизительно одинакова, но при максимальной погонной энергии распределение потенциала вдоль зоны термического влияния имеет более растянутый максимум, тогда как при минимальной погонной энергии максимум концентрирует­ ся вблизи границы шва.

Корреляция между распреде­ лениями значений микротвердо­ сти, остаточных микронапряжений и потенциала указывает в основ­ ном на механохимическую при­ роду формирования электрохими­ ческой гетерогенности вследствие остаточных напряжений, вызван­ ных термопластическими дефор­

мациями (в данном случае структурные превращения, по-видимо­ му, не оказали заметного влияния, так как распад мартенсита при нагреве должен был бы вызвать противоположное изменение микротвердости).

В коррозионном процессе участки с максимальными напряже­ ниями будут работать активными анодами и могут быть центрами развития коррозионного растрескивания, или ножевой коррозии, а участки с минимумом напряжений будут работать катодами и защищаться вследствие растворения анодных участков. При этом следует ожидать концентрации коррозионного разрушения вблизи границы шва для малой погонной энергии. Напротив, в случае высокой погонной энергии сварки происходит сглаживание элект­ рохимической гетерогенности, что приводит к увеличению инку­ бационного периода коррозионного растрескивания или ножевой коррозии.

На основании результатов исследования электрохимической гетерогенности можно было ожидать, что участки сварного со­ единения, имеющие максимум отрицательного сдвига потенциала (участки зоны шва и пришовной зоны), будут иметь более низ­ кую анодную поляризуемость по сравнению с участками, имею­ щими минимум разблагораживания (основной металл, не затро­ нутый сваркой).

Проведенные исследования подтвердили это предположение. Анодные поляризационные кривые локальных участков ме­ талла снимали с помощью специальной прижимнойя чейки, поз­ воляющей выделить ограниченную площадь поверхности для поля­

222