縫隙腐蝕定義 危害 形貌
在工程結(jié)構(gòu)中,一般需要將不同的結(jié)構(gòu)件相互連接,縫隙是不可避免的,如:不同結(jié)構(gòu)件之間的連接,如金屬和金屬之間的鉚接、搭焊、螺紋連接,以及各種法蘭盤之間的襯墊等金屬和非金屬之間的接觸。特別是管殼式換熱器的管板和管束間,無論采取何種脹接方式,縫隙是不可避免的??p隙腐蝕與空穴、墊片下、搭接縫、表面沉積物以及螺帽、鉚釘帽下的縫隙內(nèi)存在的少量靜止的溶液有關(guān)。環(huán)境中的腐蝕性液體可以進入到這些縫隙中,但又不能自由流動,因此,造成了這種特殊的腐蝕形式。幾乎所有的金屬都可能產(chǎn)生縫隙腐蝕,但以依賴鈍化而耐蝕的金屬,如不銹鋼、鋁合金、鈦合金等更容易產(chǎn)生這種腐蝕。幾乎所有的腐蝕介質(zhì)(包括淡水)都能引起金屬的縫隙腐蝕,而含Cl-的溶液通常是縫隙腐蝕最敏感的介質(zhì)。在壓力容器上,常發(fā)生在各種開孔的法蘭密封墊下、管殼式換熱器的管板孔內(nèi)、覆蓋層破損處、螺栓連接的接合部和螺紋結(jié)合部等處。縫隙是引起腐蝕的主要設(shè)計缺陷,也是許多壓力容器在設(shè)計中難以避免的,特別是結(jié)構(gòu)的連接處和支撐處。

一、縫隙腐蝕定義
縫隙腐蝕又稱間隙腐蝕,是電解質(zhì)溶液中,在金屬與金屬或金屬和非金屬之間構(gòu)成狹窄的縫隙內(nèi),介質(zhì)的遷移受到阻滯時而產(chǎn)生的一種局部腐蝕形態(tài)。金屬表面上由于存在異物或結(jié)構(gòu)上的原因而形成縫隙,使縫隙內(nèi)的物質(zhì)遷移困難所引起的縫隙內(nèi)金屬產(chǎn)生的一種局部腐蝕形態(tài),稱為縫隙腐蝕??p隙包括金屬與金屬間形成的縫隙、金屬與作為法蘭盤連接墊圈等的非金屬材料(塑料、橡膠、玻璃、纖維板等)接觸所形成的縫隙,以及腐蝕產(chǎn)物、砂粒、灰塵、污物、海生物等沉積或附著在金屬表面上所形成的縫隙等,在一定電解質(zhì)溶液中都會在縫隙的局部范圍內(nèi)產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕。沉積在金屬表面的腐蝕產(chǎn)物、沉積物、碎屑、污泥和結(jié)垢等沉積物引起的腐蝕,又稱垢下腐蝕。在金屬表面有機覆蓋層下所見到的絲狀(纖維狀)腐蝕(filiform corrosion)也是一種特殊的縫隙腐蝕形式。
二、縫隙腐蝕對壓力容器的危害
由于縫隙腐蝕是發(fā)生在電解質(zhì)溶液中(特別是含有Cl-的介質(zhì)中),在狹窄的金屬與金屬或金屬與非金屬縫隙表面之間局部腐蝕。這種腐蝕能夠破壞機械連接的完整性和設(shè)備的密封性,使設(shè)備的正常運行造成嚴(yán)重的故障或失效以至于釀成破壞性的事故??p隙腐蝕往往發(fā)生在螺栓、墊片、設(shè)備與接管的法蘭面等機械連接的構(gòu)件所形成的縫隙部位,管殼式換熱器管板與管束連接部位,設(shè)備焊接缺陷如未焊透和咬邊等也是縫隙腐蝕的多發(fā)部位。這些部位通常存在較大的工作應(yīng)力或焊接殘余應(yīng)力,在應(yīng)力作用下,縫隙腐蝕可使局部介質(zhì)形成材料的SCC敏感環(huán)境,腐蝕轉(zhuǎn)變SCC敏感性,加速了結(jié)構(gòu)的破壞。另外,在設(shè)備運行中產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物、沉積物、碎屑、污泥和結(jié)垢附著在金屬表面形成的縫隙也會發(fā)生縫隙腐蝕??p隙腐蝕不只限于不銹鋼,在包括鈦、鋁、銅和鎳基合金等許多合金系列中都會發(fā)生,如氯堿工業(yè)鈦設(shè)備常發(fā)生縫隙腐蝕。與點蝕所造成的危害一樣,縫隙腐蝕也會造成設(shè)備腐蝕穿透,物料泄漏。對于換熱器會造成列管穿孔,換熱器中的介質(zhì)污染,換熱器溫度和壓力的失穩(wěn)等,同樣造成設(shè)備失效和停車事故或環(huán)境污染以及威脅安全生產(chǎn)等,是管殼式換熱器的主要失效形式之一。如,核電站的蒸汽發(fā)生器管子發(fā)生損壞的一種重要形式是“壓凹腐蝕”,它是由于蒸汽發(fā)生器的鎳基合金(如,Inconel 600)傳熱管與原先采用的碳鋼管板(或支撐板)之間形成了環(huán)形縫隙,碳鋼管板在高溫水中發(fā)生縫隙腐蝕,比基體金屬大1倍左右的腐蝕產(chǎn)物擠壓傳熱管管壁而造成管徑減小,產(chǎn)生凹痕的現(xiàn)象。由于應(yīng)力的作用,還易導(dǎo)致管子破裂,嚴(yán)重影響核電站的安全運行。垢下腐蝕速率一般較全面腐蝕快1個數(shù)量級以上,常造成腐蝕部位的穿孔,是造成換熱器等壓力容器常見的失效形式之一??p隙腐蝕將減小部件的有效幾何尺寸,降低吻合程度??p內(nèi)腐蝕產(chǎn)物的體積增大,形成局部應(yīng)力,并使裝配困難。
三、縫隙腐蝕形貌
縫隙腐蝕按其表現(xiàn)出來的形式,可分為穿透腐蝕、絲狀腐蝕、沉積腐蝕3種常見的特殊形態(tài)??p隙腐蝕在多數(shù)情況下是宏觀電池腐蝕,腐蝕形態(tài)從金屬縫隙內(nèi)金屬的點蝕、晶間腐蝕、SCC、腐蝕疲勞到全面腐蝕都有,一般說來,耐蝕性好的材料易出現(xiàn)點蝕等局部腐蝕,而耐蝕性差的易出現(xiàn)活化態(tài)全面腐蝕??p隙內(nèi)酸化嚴(yán)重時,以全面腐蝕為主,酸化較弱時,易出現(xiàn)局部腐蝕,圖4-38??p隙或沉積物的存在往往會促進不銹鋼的點蝕,發(fā)生縫隙腐蝕時,縫隙內(nèi)部一般出現(xiàn)加速腐蝕,而縫隙外部則腐蝕較輕。但銅及銅合金由于濃差引起的腐蝕位于接近縫隙的暴露表面處,而不是在縫隙內(nèi)部,即縫隙口為陽極,而縫隙內(nèi)部則可成為陰極,有時還可觀察到銅的沉積。垢下腐蝕,因閉塞區(qū)為酸性腐蝕,伴有氫氣產(chǎn)生,所以在沉積物表面會產(chǎn)生半球狀鼓包,垢下一般呈較大的腐蝕坑,嚴(yán)重的穿透壁厚,圖4-39。與點蝕一樣,受重力影響,向上的表面腐蝕較豎直和向下的表面嚴(yán)重。

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