Curs1 16.10.2008Generalitati:Coroziunea reprezint fenomenul de
distrugere parial sau total a materialelor n general i a metalelor
n special, n urma unor reacii chimice i electrochimice, care au loc
prin interaciunea materialelor cu mediul coroziv.Protecia
anticorosiv reprezint totalitatea msurilor care se aplic pentru
reducerea coroziunii si a efectelor sale la limite acceptabile din
punct de vedere tehnico-economic. Nu exist o metod universal de
protecie anticorosiv. Protejarea construciilor metalice se poate
realiza acionnd n dou direcii:1.prin crearea artificial a unor
obstacole cinetice:- inhibarea reaciei anodice sau a celei
catodice;- izolarea metalului de mediul corosiv prin starturi
protectoare.2.prin asigurarea unei stabiliti termodinamic a
metalelore, modificnd valoarea potenialului de electrod al
sistemului metal-mediu coroziv.Defectoscopia nedistructiva cuprinde
metode si procedee de investigare a materialelor folosite atunci
cand instalatiile sau sistemele sunt in functiune si fara a afecta
structura sau proprietatiile acestora.
Aspecte economice ale coroziuniiCoroziunea este o problema de
interes general la fel ca sanatatea publica si protectia.
Importanta si actualitatea coroziunii sunt consecinte rezultate din
consumurile mari de material si energie concomitant cu cresterea
poluarii mediului. Incepand din 1960 la nivel mondial s-au facut
determinari si aprecieri asupra impactului economic al coroziunii.
In Romania coroziunea nu a fost studiata ca efect a implicatilor
tehnico-economince in totalitatea ei, ci s-au facut numai unele
studii partiale privind costurile coroziunii.Pierderi prin
coroziuneIn fiecare secunda pe glob se distrug prin coroziune 100
kg de otel adica anual se pierde cam 30% din intreaga productie de
otel. In majoritatea tarilor costurile totale generate de coroziune
(pierderile materiale), intretinerea instalatilor, protectia
anticoroziva si pregatirea specialistilor se exprima in % din PIB
al fiecarei tari. Exemple:- Australia cheltuieste 2%; Franta 2,8%;
Germania 3%; Anglia 3,2%, Japonia 3,5%, China 4%, SUA
4,5%.Domeniile care implica cheltuieli ridicate cu coroziunea, in
SUA sunt:-utilitatiile 34%;-transportul 22%;-infrastructura
16%;-productia si fabricatia 13%.Pierderiile totale in
infrastructura sunt distribuite astfel:-poduri rutiere
37%;-conducte transport 31%;-acumulare de produse periculoase
31%.Costurile implicate de coroziune au o component din ce in ce
mai mare care merge in directia educatiei, cercetarii si
dezvoltarii.
Strategiile de prevenire a coroziunii Noile tehnologii asigura
metode din ce in ce mai eficiente de prevenire a coroziunii, dar
sunt necesare si masuri de imbunatatire a managementului
coroziunii.Principalele directii strategice sunt cunoasterea
costurilor coroziunii si indicarea posibilitatiilor de reducere a
acestora:-schimbarea compectiei ca nu se poate preveni
coroziunea;-aplicarea unor politici, reguli, standard si practice
de management pentru micsorarea costurilor;-imbunatatirea educarii
si antrenarii personalului implicat impotriva
coroziunii;-dezvoltatea cercetarii si implementarea de noi
tehnologii in domeniul coroziunii si a protectiei anticorozive.
Clasificarea proceselor de coroziuneSe poate face dupa mai multe
criteri:I)Dupa mecanismul reactiei de coroziune se disting 3
tipuri:1)Coroziune chimica(in gaze) este generata de reactii in
gaze uscate in special la temperaturi ridicate si in solutii de
neelectroliti. Se desfasoara fara schimb de sarcini electrice si
fara generare de curent electric. Se supune legiilor de baza ale
cineticii reactiilor chimice eterogene. In urma coroziunii chimice
pe suprafata metalului se formeaza de regula o pelicula solida si
aderenta care in anumite cazuri are chiar rol de protective
anticoroziva.2)Coroziune electro-chimica(in medii umede) se produce
in solutii apoase de electroliti, in gaze umede, in sol sau in
electroliti topiti. Reactia de corodare are loc pe baza schimbului
de sarcini electrice si este insotita de generarea unui current
electric. Se supune legiilor de baza ale cineticii
electro-chimice.3)Coroziune bio-chimica sau bio-coroziunea este
provocata de activitatea vitala, metabolic sau excretori a unor
microorganisme. Insoteste coroziunea electro-chimica si se
intalneste la instalatii ce lucreaza in zone mlastinoase sau in
soluri umede.
II)Dupa distributia atacului pe suprafata metalului1)Coroziunea
generala (continua) poate fi:a)Coroziune uniforma cnd atacul
corosiv se nregistreaz pe ntreaga suprafa, distrugnd materialul pe
aceeai adncime.b)Coroziune neuniform atunci cnd distrugerea are loc
pe ntreaga suprafa, dar pe adncimi variabile.2)Coroziune localizata
sau discontinua cu atac pe anumite zone ale suprafetei:c)Coroziune
sub forma de petec;d)Coroziune in plagi;e)Coroziune in
puncte(pitting);f)Coroziune sub forma de pungi.
III)Dupa caracterul distrugerii in raport cu structura
metaluluig)Coroziunea intercristalina (intergranulara) cand atacul
coroziv are loc de preferinta la limita grauntilor cristalini. Ca
efect slabeste coroziunea cristalelor, provoaca pierderi in
greutate si reduce rezistenta mecanica.h)Coroziune intracristalina
(transcristalina) distruge grauntele cristalin in integritatea sa.
Efectul ei este amplificat de solicitarile mecanice, de tensiunile
interne si cele termice aplicate materialelor.i)Coroziunea
selective cand atacul coroziv se manifesta numai asupra anumitor
faze din structura cristalina.
IV)Coroziunea in conditii specific1)Coroziunea atmosferica este
cea mai intalnita forma de distrugere a metalelor deoarece peste
80% din instalatii functioneaza in atmosfera. Se desfasoara in
majoritatea cazurilor dupa mecanismul electro-chimic deoarece
atmosfera este umeda. Principalii compusi corozivi din atmosfera
sunt SO2, H2S, CO, CO2, oxizii de azot, etc.2)Coroziunea in sol
prezenta la conducte, cabluri, rezervoare, total sau partial
ingropate si influentata de sarurile si O2 dizolvat in sol si de
conductibilitatea electrica a solului.3)Coroziunea microbiologica
este fenomenul de distrugere a metalelor sub aciunea
microorganismelor (bacterii). 4)Coroziunea in prezenta
solicitarilor mecanice
Tipul de coroziune caracterizat prin forma, intindere si viteza
de reactive este determinat de :-natura materialului si a agentului
coroziv;-temperatura;-presiune;-viteza de curgere a
fluiduluicoroziv.
Cauzele care provoaca coroziune sunt de 2 tipuri:I)Cauze
endogene proprii materialului supus corodarii cum ar fii:-gradul de
prelucrare a suprafetelor;-prezenta neomogenitatilor structurale si
a tensiunilor interne.II)Cauze exogene proprii factorilor
externi:-gradul de agresivitate in care lucreaza
instalatia;-conceperea unor cuplaje galvanice din material
diferite;-existenta unor asamblari neetanse si a unor zone cu grad
diferit de aerare.In cazul materialelor metalice si in special a
otelurilor se constata ca alierea acestora poate sa mareasca sau sa
micsoreze rezistenta la coroziune. Metale care cresc rezistenta la
coroziune a otelurilor:-moilbden;-crom;-nichel.Metale care nu
influenteaza rezistenta la
coroziune:-mangan(Mn);-Niobiu(nb).Carbonul in cantitati mari
micsoreaza rezistenta la coroziune a otelurilor aliate.
Bazele teoretice ale coroziunii1)Coroziunea chimica metalele se
corodeaza dupa un proces chimic cand sunt in contac gaze agresive
in lipsa umiditatii si in general la temperature ridicate sau in
contact cu solutii de electroliti. Este un process de oxidare care
se desfasoara dupa reactia generala:
Factorii care influenteaza coroziunea chimica se impart in 2
categorii:a)Factori cu actiune intensive: natura si compozitia
fazei metalice si a agentului coroziv, temperatura (mrete viteza
procesului i accelereaz difuzia agentului corosiv la suprafaa
metalului) i durata procesului;b) Factori care modific viteza
procesului, cum sunt: deformaiile i incluziunile superficiale ale
metalului i viteza de deplasare a mediului corosiv.
Coroziunea electrochimicaReprezint atacul distructiv exercitat
asupra metalelor sau aliajelor de ctre mediul corosiv prin
intermediul unor reacii chimice care implic un transfer de ioni i
electroni sub influena unei diferene de potenial electric.Procesul
electrochimic de coroziune se desfasoara dupa o reactive de tip
redox prin desfasurarea simultana a celor 2 fenomene (oxidare si
reducere) legate ntre ele printr-un bilan riguros de
electricitate:
-reactia de oxidare a metalului este o reactive anodica de
ionizare :
-reactia de reducere este o reactie catodica de preluare a
electronilor si trecerea ionilor in solutie. Substanta care preia
electronii se numeste depolarizant (D) si are rolul de acceptor de
electroni.(ion depolarizant).Concret in functie de natura mediului
coroziv reactia de reducere se desfasoara astfel:
a)in mediu acid are loc reducerea ionilor de hidrogen:
b)in mediu alcalin are loc reducerea oxigenului dizolvat in
electrolit:c)in mediu neutru are loc reducerea ionilor metalici
prezenti in solutie.
Factori care influenteaza coroziunea electrochimicaNatura
materialuluiMetalele au potential electro-chimic mai mic decat
potentialul de polarizare catodica, se corodeaza mai repede.
Metalele pure si omogene sunt mai rezistente la coroziunea
electro-chimica, iar aliajele cu structura de solutie solida sunt
mai stabile.Starea suprafeteiPrezenta oxigenului molecular in
solutiile corozive aerate, are rol complex si se manifesta in 2
directii contradictorii astfel:-la concentratii mici si medii
oxigenul intensifica procesul de coroziune prin polarizare
catodica-la concentratii mari oxigenul actioneaza ca agent
pasivizator si formeaza pelicule protectoare pe suprafata
metalului.Cand concentratia de oxigen variaza de-a lungul
suprafetei metalice se produce coroziunea prin aerare
diferentiata.
Metode de testare si evaluare a coroziuniI)Metode
directe:1)Optice:-examinarea cu ajutorul ochiului liber (se
distinge coroziunea uniforma, localizata, in pitting) -examinarea
cu lupa -examinarea cu microscopul (matalografic, electronic,
protonic se determina coroziunea de tip structural)2)Masurarea
variatiei de masa (m)Exprimarea coroziunii se face in acest caz
prin indicele gravimetric Unde:S suprafata corodata;t timpul de
expunere la coroziune;3)Masurarea volumului de gaze rezultate din
coroziune cand exprimarea se face prin indicele volumetric.In cazul
cand din reactive se degaja hidrogen se masoara volumul de hidrogen
(kV(H2)). In cazul in care se consuma oxigen se masoara volumul de
oxigen (kV(O2))Indicele volumetric va avea urmatoarea expresie:
unde:A masa atomica a metalului;Z valenta ionului metal;Cu ambii
indici gravimetric sau volumetric se poate exprima coroziune sub
forma indicelui de penetratie 4)Masurarea grosimii probei inainte
si dupa corodareII)Metode directe 1)Metode electro-chimice constau
in masurarea:-intensitatii curentului de coroziune;-potentialului
stationar de coroziune;-trasarea curbelor de polarizare.2)Metode
mecanice.Se fac masuratori inainte si dupa coroziune pentru unele
proprietati mecanice (rezistenta la rupere, incovoiere, oboseala,
la soc, duritate, etc)3)Analiza spectrala stabileste structura si
compozitia produsilor de coroziune.4)Masuratori electrice. Deoarece
produsii de coroziune au rezistivitate electrica mai mare decat
metalele se poate aprecia efectele coroziunii prin masurarea unor
parametrii electrici.5)Analiza chimica poate determina consumul de
agent coroziv dintr-um mediu dat
Curs 2 - 30-10-2008
Legile electrolizei (legile lui Faraday) 1) In absebta unui camp
electric ioni din solutiile de electrolit se misca in toate
directiile, iar sub influenta unui camp electric existent io i
pozitivi se indreapta spre catod iar cei negativi spre anod. In
timpul electrolizei are loc pe langa schimbul sarcinii electrice si
un schimb de masa. Cantitatea de substanta depusa pe electrolit
depinde de cantitatea de electricitate (q) care traverseaza solitia
de electrolit. m=k*qq- cantitatea de electricitate k coeficient de
proportionalitate (echivalent electronic) si reprezinta cantitatea
de substanta depusa pe electrolit la trecerea unitatii de cantitate
de electricitateq = 1 coulomb q= i*t , i intensitatea curentului, t
- durata procesuluiPutem spune ce cantitate s-a depus stiind q, i,
t, k A doua lege a lui Farraday (electrolizei) se refera la
cantitatea de metal depusa m = M*i*t / z*F z intensitatea, z
valenta ionului de metal, F- coordonata lui Faraday (F=96500), M
Masa atomica a metalului depus.Cantitatea de metal depusa pe un
electrolit este proportionala cum asa atomica a electrolitului, cu
intensitatea curentului si durata procesului si invers
proportionala cu valenta si nr lui Faraday. Potentialul de
electrod
a) P>p b) Pp , o parte din ioni metalici trec pe lamela inb
solutie, suprafata lamelei ramane cu exces de electroni iar ionii
metalici din solutie (+) se aranjeaza sub forma unui strat la mica
distanta de suprafata lameleib) cand in solutie exzista exces de
ioni (+) acestea se acumuleaza pe suprafata lamelei iar electronii
in exces de solutie se aliniaza la distanta de suprafata. In ambele
variante intre suprafata lamelei si straturile de ioni sau
electroni din solutie apare o diferenta de potential caracteristica
fiecarui metal in parte numit potential de electrod si notat 0M pe
masura ce ionii metalici trec dintr-o faza in alta, campul
electrtic se intensifica, se opune acestei treceri, pana se ajunge
la o stare de echilibru cand schimbul dintre ioni si electroni se
face in cantitati echivalente,Cantitatea de electricitate care
participa in unitatea de timp la acest proces se numeste proces de
schimb notat cu I0 si are 2 componente: - curentul de schimb anodic
IA- curentul de schimb catodic IC
Stratul dublu electric si potentialul de electrod al firului
cadere de potential
Electrozi de comparatiePentru a stabili potentialul de electrod
al unui metal trebuie sa se masoare tensiunea electromotoare care
apare intre acest electrod si un electrod de comparatie
(referinta)
Electrodul de Hidrogen
EHH electrodul normal de hidrogen Se considera ca potentialul
electrodului de hidrogen este ) astfel incat potentialul oricarui
metal masurat in comparatie cu EHH ne indica potentialul real de
electrod al metalului respectiv
EHH este format dintr-o lama de platina introdusa intr-o solutie
deHCl concentratie 1 N si saturata prin barbotare continua cu (H2),
concentratie ionilor de hidrogen si presiunea acestora este egala
cu unitatea. Deoarece utilizarea a EHH este dificila pentru
comparatie se folosesc alte tipuri de electrozi de referinta care
au potential propriu (pr) diferit de zero
Electrodul de calamel (Hg/Hg2Cl2/KCl) ECSEste format din mercur
in contact cu calamelul (Hg2Cl2) si o solutie de clorura de potasiu
KCl de la 0.1N, 1N sau solutie saturata ECS = 0.2415 V 0M = ECS E ,
E tensiunea electromotoare masurata
Electrodul cu cloruri de argint Electrodul de cupru Cu/CuSO4 In
cazul structurilor subterane, electrodul de Cu/CuSO4 saturat (avnd
potenialul 0,316 V/ENH) este recomandat i utilizat din cauza
simplicitii i uurinei realizrii lui, chiar n condiii de antier
Electrodul de referina Cu/CuS04 saturat: 1tub de plastic; 2srm
de cupru; 3nchidere poroas(dop de plut, spre ex.); 4dop de cauciuc;
5soluie CuS04 saturat plus cristale de CuSO4
= 0.34 V MetalPotentialul, VMetalPotentialul, V
Al/Al3+-0.166H2/2H+0.000
ZN/Zn3+-0.762Cu/Cu2+0.345
Fe/Fe2+-0.440Ag/Ag+0.799
CD/CD2+-0.402Au/Au+1.7
Ni/Ni2+-0.23
Pb/Pb2+-0.123
Curbe de potential (curbe de polirizare)In conditii de echilibru
la interfata de separare metal solutie schimbul sarcinii electrice
este constant, astfel ca intensitatea curentului anodic IA este
egala cu intensitatea curentului catodic Ic, valoarea totala a
curentului masurat se numeste curent de schimb (si se noteaza cu
I0) Deoarece practic cantitatea de metal admisibila depinde depinde
de suprafata metalului in practica se foloseste densitatea de
curent masurata in A sau mA/m2 pentru ca avem ia, ic, si i0. In
cursul unui proces de coroziune valorile masurate vor fi densitatea
curentului de coroziune notata icor si potentialul mixt de
coroziune notat cu cor
Curbele de polarizare se traseaza in coordonate i si pt a
generaliza o curba de potential are forma
Potentialul coroziv este un potential mixt si pe axa
potentialelor reprezinta punctul in care, intensitatea curentului
anodic si catodic se egalizeaza
Diagrama Edeleanu Evans Pentru a usura trasarea si interpretarea
curbelor de polarizare s-a recurs la reprezentarea grafica a
acestora in coordonate functie de lg i astfel incat curbel ede pe
aceasta linie sunt linii drepte
Diagramele Edeleanu Evans ne ofera informatii despre natura
termodinamica, cinetica si natura proceselor de coroziune
Diagrama Paurbaix trasata in coordonate functie de pH
In domeniul de imunitate fierul nu se corodeaza iar pe masura ce
creste coroziunea se produce intai cu formare de ioni de Fe2+, iar
apoi Fe2+, Cresterea pH ului aduce fierul intr-o zona cand acesta
se acopera cu o pelicula de Fe(OH)2 sau Fe2O3 Prezentarea
schematica a conditiilor de coroziune si pasivant ui prin curba de
polarizare anodic
La scufundarea Fe intr-o solutie coroziva potentialul creste pe
masura ce are loc oxidarea, fenomen insotit si de cresterea rapida
a densitatii de curent, ionii de Fe formati se dizolva si difuzeaza
in solutie (dom activ), pe masura ce coroziunea avanseaza si
potentialul creste din solutie precipita pe suprafata fierului
cristale de Fe(OH)2 care se constituie ca bariere in calea
coroziunii (domeniul activ pasiv), in continuare se descompun
Fe(OH)2 si se formeaza Fe2O3 care va forma un strat pasivantpe
suprafata fierului impiedicand corodarea (domeniul pasiv) in
domeniul transpasiv reincepe corodarea fierului datorita consumului
de oxigen dizolvat in solutie
CURS 3 13.11.2008
Principalele cai de asigurare a protectiei anticorazive sunt:
protectia pasiva; protectia active; diminuara actiunii corozive a
mediului.
PROTECTIA PASIVASe realizeaza prin interpunerea unor straturi
rezistente la coroziune, de natura anorganica sau organica, intre
materiale nemetalice si mediul coroziv: tratamente preliminare de
pregatire a suprafetelor de acoperiri; piesele au pe suprafata
impuritati cum ar fi la turnare sau deformare plastica (zgura,
nisip, grafit), suptafata de acoperit se supune unor operatii de
indepartare a impuritatilor. Aceste operatii sunt: 1)Prelucrari
mecanice:Sablarea se realizeaza ptr piese turnate, laminate,
forjate in scopul indepartarii ruginii,nisipului, tunder sau a
straturilor vechi de vopsea si se realizeaza cu nisip cuartos,
alice din otel, duze in instalatii speciale).Indepartarea
impuritatiilor se face prin impactul dintre particulele de sablare
ce sunt proiectate cu viteza mare pe suprafata metalica. Sablarea
cu nisip se face cu aer comprimat (2-4 at) sau jet de apa;
granulatia nisip 1-2,5 mm.Perierea se face cu perii metalice, cu
fire sintetice sau cu par de animal, in prezenta unor solutii slab
alkaline, apa cu sapun sau suspensii de creta.Rectificarea esta
oparatia ce se realizeaza cu materiale abrasive (discuri sau pietre
abrazive) cand prin frecare se inlatura startul de impuritati
concomitant cu obtinerea unei rugozitati mici a suprafetelor.
2)Degresarea este inlaturarea impuritatiilor de tip: uleiuri,
grasimi prin dizolvare, emulsionare sau saponificare. Se realizeaza
cu ajutorul solventilor organici (benzina, benzene, toluene, alcool
etilic) sau cu solutii alkaline.Moduri practice de degresare:
stergerea cu pensule, perii sau carpe imbibate in solventi;
imersiunea scufundarea pieselor intr-o baie de ulei; cu jet de
solventi pt straturi groase de grasimi; in vapori de solvent - cea
mai eficienta metode.Degresarea cu solutii alkaline se poate face
electrolititc cand sub influenta unui current electric slab se
formeaza bule de hydrogen si oxygen care vor desprinde straturile
de impuritati.Degresarea cu ultrasunete se realizeaza in bai
speciale in care cuva se amplaseaza pe un generator de ultrasunete,
se umple cu apa si substante de genul detergentilor, iar
ultrasunetele produc fenomenul de cavitatie, astfel ca desprinderea
stratului de murdarie se face repede si pe toata suprafata. Se
aplica de preferinta pieselor de dimensiuni mici.3)Decaparea are ca
scop indepartarea peliculei speciale de oxizi pt asigurarea
aderentei straturilor de acoperire. Se face cu acizi pe cale
chimica sau electrochimica. Pe cale chimica se folosesc solutii de
acizi sau alkaline si piesele se scufunda in aceasta solutie. Pe
cale electrochimica in baia de elctroliza se introduce acid
sulfuric sau clorhidric.
A. ACOPERIRI CU STRATURI METALICE DE PROTECTIE
Straturile metalice reprezinta cel mai raspandit mod de
protectie anticoroziva, deoarece are multe avantaje: este economic,
prezinta o buna rezistenta la coroziune, se imbunatatesc unele
proprietati mecanice ale materialului de baza si proprietati de
exploatare.
1. ACOPERIRI PRIN DEPUNERE ELECTROLITICA (GALVANICE)Depunerea
stratului de protectie are loc intr-o baie de eletroliza in care se
introduce electrolitul ce contine ioni ai metalului ce trebuie
depus, in care se scufunda cei doi electrozi legati la o sursa de
current continuu.
Obiectul care trebuie acoperit constituie catodul si se leaga la
polul pozitiv. Anodul legat la polul negative este, de obicei,
solubil si constituie metalul de acoperire.Electrolitul, pe langa
substanta care furnizeaza ioni ai metalului de acoperit mai contine
substante tampon(rol de a mentine pH constant), mai contin
substante pt marirea conductivitatii electrice si pt aderenta,
compactitate sau luciu.Principalii parametrii ai procesului sunt
densitatea de current, timpul de electroliza, grosimea stratului
depus. Cele mai folosite tipuri de galvanizari anticorozive sunt:1.
Zingarea acoperirea pieselor din otel sau fonte cu straturi de zinc
pt cresterea rezistentei la coroziune atmosferica in gaze umede sau
de ardere.2. Nichelarea confera rezistenta la coroziunea
atmosferica si solutii slab acide (acidul clorhidric, azotic) si
compusi ai sulfului.3. Cuprarea confera rezistenta la coroziune pt
oteluri in cazul contactului cu substante chimice, lichide sau
gazoase pana la temperature de cateva sute de grade Celsius.
2. ACOPERIRI PRIN CUFUNDARE LA CALDSe realizeaza prin
scufundarea pieselor intr-o baie de metal topit unde se mentin un
timp limitat apoi se scot si se racesc in aer. In timpul de
mentinere in topitura, intre metalul de baza sic el de acoperit se
formeaza o serie succesiva de straturi din aliaje ale celor doua
metale cu compozitii diferite, fapt ce asigura o foarte buna
aderenta stratului depus. Este cel mai economic procedeu pt
depuneri de straturi relative groase.Dezavantaje depuneri
neuniforme ca grosime, nu se poate aplica pt piese massive si cu
configuratie complexa sin u se foloseste pt oteluri
speciale.Acoperirea cu zinc se aplica pt table, tevi, benzi, sarme.
Baia de zinc topit are temperature aproximativ de 450 grade Celsius
si se acopera cu un strat de fondanti pt a impiedica oxidarea.
Succesiunea straturilor formate este:
Acoperiri cu plumb la temperature de 360 380 grade Celsius pt
table, benzi si tuburi obtinandu-se straturi cu grosimi de 20 50
.Acoperiri cu staniu in bai cu temperaturea de 300 370 grade C,
straturile sunt foarte subtiri 2 3 , se aplica pt table si benzi
din care se confectioneaza cutiile de conserve, sau pt sarme
folosite la filter si site.
3. METALIZARE PRIN PULVERIZARESe realizeaza prin proiectarea
unor picaturi foarte fine de material topit pe suprafata pieselor.
Initial metalul protector este sub forma de pulbere sau bucati mici
de sarma, topirea lui se face prin diferite metode, iar antrenarea
sub forma de jet pe suprafata pieselor se face cu aer comprimat sau
gaze inerte. Pe langa proprietatiile anticorozive metalizarea prin
pulverizare imbunatateste si unele proprietati mecanice cum ar fi:
durabilitatea sau rezistenta la uzura, proprietati fizice:
conductibilitatea termica si electrica.Procesul de pulverizare se
desfasoara in 4 faze: topirea metalului; accelerare si pulverizare;
deplasarea particulelor pulverizate; izbirea si aderarea pe
suprafata piesei.
Dupa sursa termica care asigura topirea metalului de pulverizat
procedeele se clasifica in:a) metalizare prin pulverizare cu
flacara oxidacetilenica a fost primul procedeu de metalizare
folosit, se aseamana cu sudarea cu flacara oxidacetilenica, dar
spre deosebire de aceasta in arzator mai intra o conducta pt aerul
necesar pulverizarii;b) pulverizarea cu flacara oxidacetilenica cu
pulbere metalica;
1 - arztor; 2,3,4,5,7, - robinei; 6 - rezervor pentru pulbere
metalic; 8 - piesa pentru metalizat
c) pulverizarea cu arc electric-dispozitivul de electrometalizat
este format din doua role de pe care se desfasoara doua sarme din
metalul ce trebuie pulverizat, acestea trec prin bornele unui
transformator de caldura si sunt dirijate cu ajutorul ghidajelor
astfel incat varfurile sarmelor sa se atinga. In partea centrala a
instalatie se monteaza o conducta prin care se insufla aer
comprimat. Cand varfurile sarmelor se ating se formeaza arcul
electric (t apox 4000 grade C), se topesc, iar picaturile formate
sunt pulverizate de aerul comprimat pe suprafata piesei. Prin
topire metalul arcului se intrerupe, dar se formeaza din nou prin
avansul sarmelor. Procesul se desfasoara rapid, ciclul repetandu-se
de 100 ori pe secunda.
1 - srme pentru metalizat; 2 - roi pentru avansul srmelor; 3 -
ghidaje; 4 - transformator electric pentru sudur; 5 - conduct
pentru aer comprimat; 6 - duz
d) Metalizarea cu jet de plasma jetul de plasma (t > 6000
grade C), se obtine atunci cand un arc electric este obligat sa
treaca printr-un dispozitiv de lungime relative mare, dar sectiune
transversala foarte mica si in prezenta unui gaz plasmagen (argou,
heliu, hidrogen) care intensifica reactiile de ionizare.
Dispozitivul de metalizare cu jet de plasma se compune dintr-un
corp metallic, cilindric, cu extremitatea de iesire ingustata, pe
mijlocul caruia se monteaza electrodul cilindric prevazut la iesire
cu al doilea electrod inelar si cu un orificiu prin care este adusa
pulberea metalica. In corpul dispozitivului se practica o retea de
canale prin care circula apa de racier si un orificiu prin care
patrunde aerul plasmagen cu presiune.Jetul de plasma se formeaza
prin descarcarea electrica intre cei doi electrozi si in prezenta
aerului plasmagen sub presiune, caldura degajata asigura topirea
pulberii metalice, iar presiunea gazului asigura pulverizarea
picaturilor pe suprafata de protejat.
1 - corpul dispozitivului; 2 - electrod inelar; 3 -electrod
cilindric; 4 - rozet de reglare; 5 -instalaie de rcire cu ap; 6 -
niplu pentru conducta de intrare a apei i conectarea curentului
electric; 7 - niplu pentru conducta de ieire a apei i conectare a
curentului electric; 8 - niplu pentru conducta de admisie a gazului
inert; 9 - camera de formare a plasmei; 10 - zona de formare a
arcului electric; 11 - orificiu de intrare a pulberii de metalizat;
12 - jetul de plasm4. PLACAREA se realizeaza prin aplicarea de
folii din material rezistent pe suprafata de protejat si obrinerea
aderentei prin presare, laminare sau sudare. Piesele de protejat
trebuie intai sa fie degresate si decapate.In prezenta unei forte
de presare si a temperaturii, se produce chiar si difuzia unor
atomi ai stratului de protectie in metalul de baza.
5. ACOPERIREA PRIN DIFUZIE modificarea compozitiei chimice a
stratului superficial prin difuzia atomilor unui element capabil sa
formeze constituenti metalici rezistenti la coroziune. Procesul se
numeste termoaliere si consta in tratarea metalelor de baza cu
pulberi metalici sau cu vapori la temperature ridicate.Termoalierea
imbogatirea stratului de otel sau fonta cu aluminiu cand se confera
rezistenta la oxidare si coroziune atmosferica (stratul aprox 1
mm).Termocromarea se aplica otelurilor cand in stratul superficial
prin difuzia cromului se formeaza un aliaj Fe-Cr ce contine o
solutie solida cu 14-20% Cr. Pe langa rezistenta la coroziune prin
oxidare stratul va avea duritate rigida si rezistenta la
temperature mari.Termosilicizarea se face cu pulbere de ferosiliciu
sau carbura de siliciu in atmosfera de Cl la 1000-1200 grade C timp
de 2-3 h cand se obtin straturi aliate ce contin pana la 10%
siliciu cu grosimi de 1-3 mm, cu duritate si rezistenta la uzura
mari.
B. STRATURI PROTECTOARE DIN COMPUSI ANORGANICI
Straturile din compusi anorganici se obtin prin: transformarea
stratului metallic superficial in compusi greu solubili ai
metalului, aplicarea unor substante ce contin silicate pe suprafata
metalului, placarea metalului cu produse ceramice.Tipuri de
straturi protectoare: pelicule de oxizi obtinute prin oxidarea
chimica sau electrochimica a metalelor sau aliajelor. Aceste
pelicule sunt aderente, compacte si continue si asigura protectie
la conditii usoare de coroziune. Exemple: brumare sau feroxare se
aplica otelurilor prin oxidare chimica in urma unei reactii in
prezenta hidroxidului de sodiu si a unui oxidant. Se formeaza o
pelicula aprox de 10 de Fe2O3 de culoare inchisa si lucioasa.
Oxidarea aluminiului conduce la formarea unui strat protector cu
rol de izolant electric si care va constitui un bun substrat ptr
acoperirea prin vopsire. straturi obtinute prin fosfatare.
Fosfatarea se poate face chimic prin imersiune sau pulverizare sau
prin depunere electrochimica cand se formeaza un strat de cristale
fine si insolubile din fosfat de fier, magneziu sau zinc. straturi
ceramico-metalice. Se obtin prin combinarea unor compusi neoxizici
(carburi, nitruri, cloruri) cu oxizi ai metalului de baza.
Procedeul se aseamana cu metalizarea prin pulverizare, doar ca
pulberea e formata din amestecuri. Straturi de email sunt de natura
pur ceramica cand emailul se obtine dintr-o masa silicioasa topita
la 1200-1300 grace C si formata din nisip, argile, feldspards,
fondanti, barox si oxizi metalici de cupru, nichel, cobalt, crom
care confera culoare. Straturile sunt rezistente la gaze fierbinti,
oxizi organici, solutii de saruri si solventi organici.
Curs 4 - 27.11.08
Protectia activa impotriva coroziunii (protectie
electrochimica)Aceasta protectie presupune modificarea
potentialului de electrod al metalului pt aducerea lui la valoarea
care sal plaseze fie in domeniul de imunitate, fie pe domeniul de
pasivitate.Curentii de dispersie-curenti vagabonziCurentii de
dispersie apar in sol in mod accidental prin scurgeri de curent
electric de la surse de curent(cai ferate electrificate, linii de
tramvai) sau de current alternativ, liniile de transport a
curentului.Se numesc vagabonzi deoarece in majoritatea timpului au
intensitati variabile, directii si trasee diferite. Ex de curenti
de dispersie: trenul care circula pe o cale ferata
Curentul electric circula de la polul pozitiv prin conductorul
se intoarce in mod normal spre polul negativ, cand rezistivitatea
solului e mica(conductivitate mare) o parte din curenti se
imprastie in sol, intalnesc instalatiile metalice ingropate care
prezinta izolatii diferite deci au conductivitate mai mare decat
solul, pe suprafata inst metalice intalnindu-se 3 zone:a) zona
catodica sau de intrare a curentului nepericuloasa dpv al
coroziunii;b) zona de trecere nepericuloasa;c) zona anodica sau de
iesire a curentului electric zona periculoasa unde apare coroziune,
aceasta zona este pozitiva dpv electric in raport cu solul astfel
ca metalul se dizova. Gradul de coroziune depinde de rezistivitatea
solului astfel:-solurile argiloase au rezistivitatea mai mica decat
cele nisipoase, importanta in intensitatea curentilor de dispersie,
in calcule luandus-se in considerare de fapt densitatile de
current, in urma masuratorilor s-a evaluat ca un current de
dispersie cu i=1A distruge intr-un an 9 kg de fier, 11 kg de Cu, 39
kg de Pb. Alte moduri de aparitie a curentilor de dispersie Factori
care influenteaza corozivitatea sunt: rezistivitatea; potentialul
de oxidoreducere a concentratiile de sare din sol Cl- sau SO4; PH
sol;
Masurarea rezistivitatii soluluiSe poate face prin mai multe
metode, cea mai utilizata fiind;1) Metoda cu 2 electrozi
2 bare de grafit se introduc in sol la distanta de 10 m iar cu
puntea K. se masoara rezistivitatea intre cele 2 bare. Se
calculeaza:=KxRK=0,250,5
2) Metoda Werner
Se folosesc 4 electrozi metalici care se introduc la adancimea
corespunzatoare si la distanta intre ei de aprox 1 m. Electrozii
exteriori A si B se cupleaza la o sursa de current continuu de val
date in caderea de potential, se masoara intre electrozi
intensitatea lui H
Protectia activa propriu-zisaMetodele electrochimice de
protectie au rolul de a reduce viteza de coroziune pe baza
modificarii potentialului metalului prin polarizare.
Cf diagramei un metal poate fi protejat electrochimic in 2
moduri, prin protectie catodica atunci cand se polarizeaza metalul
la valori mai electronegative decat M aparand din exterior un
current de intensitate iR . Al doilea mod este protectia anodica,
aducerea potentialului metalului pana la valoarea care il situeaza
in domeniul de pasivare.
Protectia catodica - se aplica in 2 variante:a) Protectie
catodica cu sursa exterioara de currentb) Protectie catodica cu
anozi solubiliAmbele variante au moduri de aplicare particulare in
functie de solul in care este fixate instalatia si anume in lipsa
curentilor de dispersie si in prezenta curentilor de dispersie.
a) Protectia catodica cu sursa ext de current in lipsa
curentilor de dispersie
Schema proteciei catodice cu surs exterioar de curent. a)Schema
de principiu: 1sursa de curent continuu (redresor); 2conductori de
legtur;3punct de drenaj; 4conducta; 5izolaie; 6priza anodica b)
Schema electric: 1sursa de curent continuu; rezistenele electrice
ale conductorilor de legtura (R^i, R^ ,), metalului conductei (Rm),
izolaiei (RO si prizei anodice (Ra)Principiul protectiei catodice
consta in polarizarea metalului pana la un potential mai
electronegativ decat M, pentru aceasta sursa ext de current
continua va furniza current electric de intensitate iK , pentru
inchiderea circuitului se ingroapa in sol anozi confectionati din
otel, fonta sau grafit, acestia se amplaseaza la distanta de
ordinul catorva zeci de metri cantarind cateva zeci de kg si pot fi
ingropati singular sau multiplii in diferite pozitii. Groapa in
care se fixeaza anozii contine straturi de pietris si nisip pt
drenaj, in jurul anodului se pune praf de grafit sau de cocs.Priza
de potential asigura inchiderea dirijata printr-un conductor
electric a circuitului intre intre suprafara metalului de protejat
si sursa de current continuu. Prin aceasta priza de potential se
masoara cu ajutorul unui electrod de comparatie Cu/CuSO4
.potentialul real al metalului ingropat a.i. sa se poata stabili
apoi valoarea potentialului de protectie.Prin experimente s-a
determinat ca pt protectia otelului in sol trebuie sa fie aprox.
egal cu 0,85 V in comparatie cu electrodul Cu/CuSO4.Pt. Pb =-0,6 V,
Cu =-0,95 V, pt Al=-1,2 V.Valorile densitatilor de curent pt
protectia catodica:OL in sol sarat i=35 mA/mpOL in apa agitata i=60
mA/mpOL in apa sarata i=140 mA/mpAcest tip de protectie se adopta
pt conducte, cabluri subterane, platforme de foraj, rezervoare de
depozitare etc, in general constructii de dimensiuni mari.In cazul
conductelor si cablurilor ingropate inst de protectie catodica se
amplaseaza dea lungul acestora la distante care se calculeaza in
fct de potentialul de protectie si agresivitatea solului.
Protectia catodica cu anozi solubili(de sacrificiu)Se folosesc
anozi, blocuri sau placa de metal cu potential mai electronegativ
decat al metalului de protejat astfel ca intre cele 2 tipuri de
metale sa se formeze o pila galvanica adica se inchide un circuit
electric in care metalul protejat devine catod deci nu se corodeaza
iar anozii se dizolva continuu fiind numiti anozi de
sacrificiu.Anozii se confectioneaza din zinc, magneziu sau
aluminiu, Zn are potentialul fata de otel de aprox 25 V, cantitatea
de metal de la anozi consumata pt protectie catodica este de
ordinul kg pe an, ca forma se prefera anozii tip placa deoarece au
suprafata mai mare de schimb de curent.
Protectia catodica in prezenta curentilor de dispersiePentru ca
circulatia curentilor de dispersie sa nu produca modificari de
potential , protectia catodica urmareste indepartarea curentilor
vagabonzi prin urm metode:a) prin interpunerea unui circuit
electric care scurtcircuiteaza scurgerea curentului electric dintre
instalatia subterana si sursa curentilor de dispersie.
b) intercalarea intre sursa de curenti de dispersie si
instalatia ingropata a unui dispozitiv electromagnetic care sa
preia printr-o bobina cutentii de dispersie.
Protectia anodicaPresupune deplasarea potentialului de electrod
spre valori mai electropozitive care sa asigure plasarea metalului
de proteajt in domeniul de pasivare, exista 3 feluri de
protectie:a) Utilizat pt sistemele cu conductivitatea electrica
mare si domeniu de pasivare larg( aprox 2 V) ex: Constructii de OL
in contact cu H2SO4, se foloseste o sursa ext de curent electric
utilizandu-se numai 2 electrozi (metalul de protejat si un elctrod
cu rol de catod).b) Folosit cand intervalul de pasivare este f
ingust si cu ajutorul unei surse ext de curent continuu, curentul
este introdus in circuit cand potentialul scade.c) Potentialul de
electrod al constructiei metalice trebuie mentinut permanent la o
val bine determinata, se foloseste atunci cand domeniul de pasivare
este de aprox 40 de mV , in acest caz instalatia este prevazuta cu
un electrod suplimentar.
Curs 5 -11.12.2008Defectoscopie Defectoscopia nedistructiva
cuprinde un ansamblu de metode si procedee care permit detectarea
defectelor de fabricatie sau de montaj fara a distruge integritatea
acestora.Tehnici si Metode de investigare la suprafata a defectelor
din conducteDeoarece manipularea, transportul, montarea si
expluatarea conductelor ingropate pot sa detelioreze straturile de
izolatie pasiva ale conductelor sau sa conduca la aparitia unor
zone corodate atat la exteriorul cat si la interiorul conductelor,
se aplica metoda de investigare de la suprafata sau din interiorul
conductelor.Investigarea de la suprafata a stratului de izolatie se
poate aplica conductelor protejate catodic.Investigarea din
interior prin procedee magnetice sau ultrasonice cu aparate
specific numite piguri.Inainte de investigarea de la suprafata
trebuie sa se cunoasca traseul exact al conductei astfel incat
masurarile de pe teren sa indice starea exacta a
conductelor.Cautarea traseului conductelor metalice
ingropateDeoarece localizarea defectelor de izolatie se bazeaza pe
masuratori de curenti si potentiale effectuate exact deasupra
conductei, este foarte important sa se cunoasca precis traseul
acesteia. Pentru localizarea conductelor se folosete cmpul
electromagnetic care se formeaz prin trecerea curentului injectat
prinsistemul de protecie catodic cmp care are frecventa de 100 Hz
sau prin utilizarea unui generator ce furnizeaza semnale de pana la
10KHz.Pentru cutarea traseului se conecteaz ctile si bobina de
cutare la receptorul de cutare.Se folosesc metoda minimului sau
maximului.La metoda maximului se dispune bobina de cutare orizontal
cu suprafata solului si cu axa transversal fat de conducta si se
deplaseaz pe aceast direcie, valoarea maxima a tensiunii afisate se
inregistreaza chiar deasupra conductei iar la deplasarea laterala
tensiunea incepe sa scada, daca se roteste bobina in locul in se
obtine semnalul maxim se poate stabili si directia conductei.La
metoda minimului bobina este cu axa vertical si se deplaseaza
transversal fata de conducta, cea mai mica valoare a tensiunii
receptate se inregistreaza deasupra conductei, precizia de
localizare este de cativa cm, cand bobina de cautare se inclina la
45 grade se inregistreaza un minim de tensiune prin deplasarea
lateral, iar distanta minimului fata de axa conductei reprezinta
adancimea de ingropare a acesteia.
Tehnici utilizate pentru depistarea de la suprafata a defectelor
de izolatie.
Metoda PearsonEste o metoda foarte productive fiind numita
metoda de joasa frecventa care poate detecta defectele, dar nu
permite decat aprecierea starii de corodare a zonelor
neizolate.Metoda consta in introducerea in conducta a unui semnal
de joasa frecventa(pana la 10KHz), iar la receptorul de cautare se
conecteaza sonda de impamantare si se sondeaz cmpul electric peste
conduct la distante potrivite de exemplu 2 metri, si care e legata
printr-un cablu coaxial la sursa de curent. Figura 3. Modul de
lucru cu metoda PEARSONDeasupra unui defect de izolatie se
inregistreaza o intensitate mare a semnalului de joasa frecventa,
astfel ca pe traseul conductei se determina palnii de tensiune, pe
vertical maximului unei palnii se afla un defect al stratului de
izolatie. Figura 5.Metoda PEARSON .Plniile de potenial
METODA D.C.V.G.- Msurarea gradientului de potenial n curent
continuu.Metoda foloseste 2 electroni speciali de Cu-SO4 u in
legatura cu sursa de protectie catodica a conductei si conectati la
un milivoltmetru de constructie speciala cu punctul 0 la mijlocul
scalei care vor inregistra diferenta de potential deoarece curentul
indus se scurge in cantitate mai mare prin defectul de izolatie.Cei
doi electrozi sunt poziionai de-a lungul conductei la o distant de
1,5 m unul fat de cellalt.In timpul inregistrarilor in functie de
pozitia acelor milivoltmetrului se intalnesc urmatoarele
situatii:
Cazul 1: Nici un electrod nu e poziionat deasupra
conductei.defectul e protejat n timpul funcionarii P.C.(protectie
catodica)Cazul 2: Defect catodic, protejat n timpul funcionarii
sistemului de P.C.Cazul 3: Defect anodic, protejat n timpul
funcionarii sistemuluide P.C.Cazul 4: Defect anodic, neprotejat n
timpul funcionarii sistemului de P.C.Metoda CIPS (Close Interval
Potenial Survey) - Metoda msurtorilor intensive de potenial.Este o
metod laborioas care masoara potentialele pas cu pas de la
suprafata conductei ingropate cu aparate portabile, ce vor
inregistra valorile instantanee ale potentialelor in rapot cu
pozitia inchis (OFF) care corespunde unui =850mV in raport cu
electrodul de Cu/Cu SO4, valorile inregistrate mai putin negative
decat valoarea instantanee se consider a fi inadecvat protejate i
deci expuse coroziunii. Potenialul msurat de la suprafa nu
reprezint potenialul real al conductei ci este suma dintre
potenialul real si cderea de tensiune pe stratul de pmnt ce acoper
conducta. In momentul deconectarii curentul de protectie devine nul
deci caderea de tensiune pe sol se anuleaza.
Figura 9.Metoda CDPS.Evidenierea cderii de tensiune pe stratul
de pamant.ON: UM=Up+Is*RvOFF: UM=UP+0Timpul in care se masoara
caderea de tensiune pe sol este de la cateva secunde pana la 100s,
fiecare aparat avand standardul lui de masurare, inregistrarile
sunt tot sub forma unei palnii de potential dar cu varful conului
in jos si care sunt cu atat mai evidente cu cat defectul
inregistrat este mai mare.
Figura 10.Metoda CIPS.Evidenierea curenilor de echilibrare la
deconectarea sursei.Investigarea din interior a starii
conductelorSe realizeaza cu ajutorul pigurilor inteligente ce
permit detectarea defectelor de genul:-coroziunea peretilor
interior si a celor exterior-defecte de cordoane de sudura-fisuri
in peretii conductelorIn acelasi timp se culeg informatii despre
lungimea exacta a tronsonului investigat forma exacta a traseului
si pozitiile eventualelor reduceri de sectiune.DezavantajeSe poate
utilize pe conducte proiectate si construite special pentru a fi
godevilate ( sa nu aiba variatii mari de sectiune si curbe cu raza
de minim 3DN, necesitatea instalarii garilor de lansare primire pe
conducte cu presiune, costul ridicat pentru curatarea conductelor
si verificarea geometriei interioare, costul ridicat al
investigatiei).Initial se face o evaluare a posibilitatilor de
folosire a pig-urilor.Operatii pregatitoare pentru inspectieInitial
se analizeaza urmatoarele aspect:-hartile traseelor-inventarierea
obstacolelor-intocmirea unui program de curatire
efficient-efectuarea unei inspectii a geometriei interioare cu un
PIG operatie care detecteaza depunerile pe pereti, ovalitatile,
cordoane de sudura supradimensionate etc.-pregatirea si inspectia
garilor de lansare primireGodevilareaSe executa cu pig-urile de
curatare(Godevile) care pot fi:Pigul magnetic de curare folosit
pentru conducte de gaz sau lichide in vederea indepartarii
impuritatilor pe baza de fier.Dpdv constructiv se compune din
discuri din poliuretan dur, montate pe un schelet de baza, discuri
de etansare moi, iar in partea din fata i din spate sunt montai
magneii de colectare a depunerilor feroase.Daca presiunea din
conducta creste inainte de pig inseamna ca pigul colecteaza multe
depuneri si in acest caz, pigul se mai introduce o data pe traseu
legat cu inca un modul.Pigul cu pinteni pe circumferinSe folosete n
general pentru liniile ce transporta substane lichide ; e compus
dintr-un corp obinuit pe care se monteaz 6 discuri din poliuretan
de rezistenta medie de grosime 2" i cu diametru mai mic cu 4" dect
diametrul interior al conductei. Pe aceste discuri se monteaz n
guri filetate pintenii.Diametrul constituit din 2 pinteni opui
poate fi mai mare cu pana la 0,75" fata de diametrul interior al
conductei. Asta nseamn ca n timpul rulrii acetia vor fanda napoi cu
un unghi mic i vor asigura curirea, dar mai ales vor compensa
reducerile de diametru. Capetele pintenilor vor fi rotunjite pentru
a preveni distrugerea suprafeei interioare a conductei.Se pot face
combinaii intre pigul magnetic i acesta, rezultnd un godevil din
dou module, dar modulul din fata e ntotdeauna cel magnetic.Pigul cu
perii pe circumferinaSe folosete doar dup curri cu celelalte 2
metode de mai sus;este destinat currii produselor de coroziune de
pe suprafee extinse.
Figura 22. Pigul de curare cu perii circulareEste de o
construcie foarte apropiata de pigul cu pinteni, doar ca pintenii
sunt nlocuii de smocuri de perie cu diametrul de 0,5". Poate fi
purtat dup un modul de curare magnetic, dar n cazul unor conducte
cu multe depuneri se vor folosi dou module cu perii dup modulul
magnetic, reducnd astfel i numrul trecerilor.Sunt utilizate mai
multe tipuri de godevil n procesul de curare : pig cu perii, cu
discuri de radare, pig cupa cu discuri de rzuire, pig pmtuf, sfere,
pig din polietilena.Primul grafic perete cu defecte de dimensiuni
miciGraficul din mijloc peretele din interiorul conductei nu
reprezinta defecteGraficul de jos peretele are defecte majore care
pot deveni periculoase
Pig-urile de investigatie (inteligente)Sunt folosite pentru
determinarea grosimii peretelui detectarea si masurarea zonelor de
coroziune atat la interiorul cat si la exteriorul
conductei.Tipuri:Pig-ul ultarsonicFoloseste pentru masuratori un
flux de ultrasunete ce inregistreaza variatiile acestora de-a
lungul conductei.Fluxul de ultrasunete strabate distanta A cu o
anumita intensitatesi distanta t(grosimea peretelui) cu alta
intensitate,intr-o conducta fara defecte A si t;A+t raman
constante, cand conducta are un defect de coroziune la ext A e ct
iar t este mai mic,A+e este mai mic decat normal.Cand conducta are
un defect la interior A este mai mare t este mai mic dar A+t este
constant.Coroziunea atat interna cat si externa e identificata cu
determinarea precisa a poziiei, mrimii i gravitaii ei utiliznd
informaiile oferite de sistem.Pigul ultrasonic este format din
urmtoarele parti componente principale: -Corp rezistent la presiune
cu baterii incorporate (litiu). Odometru (msoar distanta parcursa).
Modul de memorie care realizeaz partea de stocare a datelor,
prinrearanjarea, comprimarea datelor pe microprocesor i apoi
stocare pesuport magnetic.-Cupe din poliuretan care asigura
deplasarea vehicolului prin diferena de presiuneSunt detectate,
masurate si localizate:-coroziuni interne, externe-fisuri in
cordoanele de masura sau datorate coroziunii sau oboseliiPigul de
inspecie magneticUtilizeaz principiile magnetismului pentru
detectarea tuturor defectelor sau anomaliilor din peretele
conductei. Astfel un dispozitiv de magnetizare autoportant va
induce un cmp magnetic saturat n peretele conductei.Poate determina
pierderi de metal interne sau externe, care pot fi determinate
procentual din valoarea nominala a peretelui conductei. Astfel
magnei permaneni foarte puternici vor fi cuplai la peretele
conductei cu ajutorul unor perii de nalta densitate i vor induce un
cmp magnetic n peretele conductei. Daca vreun defect este prezent,
o parte a acestui cmp va scpa afar din peretele conductei. Senzori
de precizie foarte mare vor detecta i vor msura capul magnetic
deviat i vor permite astfel detectarea i msurarea pierderilor de
metal i a coroziunii.Senzorii sunt dispui circular i sunt foarte
numeroi, ei se afla intre polii magnetici, avnd o acoperire
perfecta a circumferinei conductei. Transmisia i stocarea datelor
se face identic cu modulul Ultrascan.
Curs 6 8.01.2009
Metode de control nedistructiv al calitatii pieselor
Defectoscopia nedistructivaConsta in examinarea fara distrugere a
materialului pt piese si sisteme tehnice in vederea detectarii
defectelor de suprafata sau interne folosind ca principiu variatia
unor marimi fizice sau fizico-chimice. Prin obiectul de examinat
sau la suprafata acestuia se trece un flux de energie emis de o
sursa adecvata iar apoi se evidentiaza prin observare, masurare sau
inregistrare, modificarile in transferul de energie cauzate de
defecte. Pe baza acestor date se interpreteaza rezultatele si se
determina caracteristicile defectelor (natura, forma, dimensiuni,
pozitie). Defectele detectabile sunt cele care apar fie in procesul
de fabricatie, fie in timpul exploatarii instalatiilor.
Defectoscopia nedistructiva parcurge urmatoarele etape:
a)detectarea, masurarea si identificarea defectelor; b)compararea
rezultatelor obtinute cu valorile limita de acceptabilitate a
anomaliei sesizate; c)luarea deciziei privind masurile ce urmeaza a
se adopta (acceptarea, remedierea sau rebutarea produsului).
Eficienta economica a defectoscopiei nedistructive consta in
productivitatea controlului si diminuarea cheltuielilor
suplimentare cauzate de fabricarea, exploatarea sau repararea
pieselor si instalatiilor cu defecte periculoase. Metodele de
control nedistructiv sunt: 1)cu lichide penetrante (prin colorare
sau prin luminiscenta); 2)metoda termica (cu detectoare de radiatii
infrarosii sau cu invelisuri termografice); 3)metoda
electromagnetica (magnetica, electrica sau electromagnetica);
4)metoda ultrasonica (cu emisie prin impuls sau cu emisie
continua); 5)metoda radiologica (cu radiatii electromagnetice, raze
X sau si cu radiatii corpusculare cu neutroni si cu electroni)
Alegerea metodei optime de control se face in functie de:
-particularitatile constructive ale produsului, -natura si
proprietatile materialului, -tipul si amplasarea defectelor
posibile, -particularitatile metodei si performanta
aparaturii,-gradul de pregatire a personalului.
Controlul cu lichide penetranteMetoda se foloseste pt defecte de
suprafata si a celor deschise din profunzime, aparute in special in
cusaturile sudate si se bazeaza pe fenomenul de capilaritate.
Etapele controlului:1)degresarea si curatarea suprafetei de
controlat (cu derivati ai petrolului, tetraclorura de C,etc.);
2)penetrarea, consta in depunerea unui lichid (apa sau petrol
lampant) cu putere mare de penetrare pe suprafata controlata prin
pulverizare, scufundarea piesei in lichid sau cu pensula;
3)indepartarea excesului de lichid penetrant dupa 5-30 min prin
stergere, astfel incat sa ramana numai in defecte; 4)developarea=
depunerea pe suprafata prin cernere, pulverizare sau presarare a
unui praf alb cu putere mare de absorbtie (caolin, oxid de
Mg,talc); 5)observarea (citirea indicatiilor)-se face de mai multe
ori in interval de 2-30 min de la developare. Pe suprafata
developantului apar pete cauzate de lichidul penetrant absorbit din
defecte, astfel ca sunt evidentiate zonele cu defecte. Procedeele
aplicate sunt:1)procedeul colorarii-foloseste penetranti colorati
(de obicei rosu) si observarea se face in lumina obisnuita;
2)procedeul fluorescentei-foloseste penetranti fluorescenti (petrol
sau ulei mineral cu adaos de fluorosceina) iar observarea se face
in lumina ultravioleta. Metoda se aplica pentru materiale
nemagnetice, la imbinarile sudate sau pt coroziunea intercristalina
si permite stabilirea pozitiei, formei si dimensiunilor defectelor
cu deschidere la suprafata de la 0,001-0,002 mm. Metoda este
simpla, ieftina si se aplica usor in conditii de teren sau de
montaj.
Defectoscopia termica-este specifica pentru controlul calitatii
legaturii dintre diferite metale (ex: legatura dintre combustibilul
nuclear si invelisul acestuia), pt detectarea porilor,
crapaturilor,etc. Fluxul energiei termice transmis prin piesa este
afectat de eventualele discontinuitati (defecte), deci in aceste
zone apar variatii de temperatura, care pot fi detectate fie cu
invelisuri (acoperiri) termografice ce isi schimba culoarea sau
luminiscenta in functie de temp sau cu detectoare pe baza de
radiatii infrarosii.
Defectoscopia electromagneticaFoloseste surse de energie
magnetica, electrica sau electromagnetica, care strabat piesele de
controlat pt detectarea defectelor in materiale feromagnetice. Se
aplica in 3 variante:1)defectoscopia magnetic - se bazeaza pe
modificarile aparute intr-un camp magnetic de dispersie si in
functie de modul de detectare a acestora se folosesc urmatoarele
procedee: a)defectoscopia cu pulberi magnetice. Pe suprafata piesei
de controlat se presara pulbere feromagnetica (Fe,Fe3O4) de
dimensiuni foarte mici, uscata sau in suspensie cu un lichid. Piesa
se introduce intre polul N si cel S al unor magneti, astfel ca
pulberea se va alinia pe suprafata piesei dupa linii paralele (ale
campului magnetic) in zonele fara defecte si se va aglomera in
zonele cu defecte, unde permeabilitatea magnetica este mai
mica.
Fig. 9.5 Defectoscopia cu pulberi magnetice:1 i 2 defecte
sesizate, 3 i 4 defecte nedetectate.Se determina pozitia si forma
defectelor (fisuri, pori, incluziuni) cu grosimi de 0,1m-2mm la
suprafata sau la adancimi de la 0,05-15mm.b)defectoscopia magnetica
cu sonde - inregistreaza campul magnetic de dispersie, folosind
ferosonde (o bara feromagnetica introdusa in interiorul unei bobine
strabatuta de un curent alternativ). Se detecteaza defecte pana la
h=15-20mm.c)defectoscopia magnetografica - foloseste benzi
feromagnetice aplicate pe coordonatele de sudura si care
inregistreaza dispersia campului magnetic in zonele cu defecte.
2)defectoscopia electrica - detecteaza defecte prin modificarea
campului electric (diferenta de potential) intre 2 puncte de pe
suprafata de controlat. Se folosesc 4 electrozi dintre care 2 de
contact (C1 si C2) prin care se inchide prin piesa un camp electric
furnizat de sursa de curent continuu. Ceilalti 2 eletrozi de sondaj
(S1 si S2) se deplaseaza pe suprafata de controlat si intre ei se
inregistreaza modificarile tensiunii curentului in zonele cu
defecte (lipsa cusaturii sudate, fisuri, exfoliere).
Fig. 9.6. Schema defectoscopiei electrice
3)defectoscopia electromagnetica - foloseste curentii turbionari
furnizati de bobine inductoare care inconjoara piesa de controlat
(cu sectiune circulara ca sarme, bare, tevi cu =0,2-2mm) sau bobine
ce se aseaza pe suprafata piesei. Aparatele functioneazacu perechi
de bobine si se inregistreaza diferentieri in campul
electromagnetic intre bobina standard si cea de control.
Defectoscopia cu ultrasuneteUltrasunetele folosite au frecventa
=1-4 MHz si variatia intensitatilor permite localizarea si
aprecierea marimii defectelor. Defectoscopul ultrasonic se compune
din: G-generatorul de frecventa, care transmite impulsurile
palpatorului (are rol fie de emitator, fie de receptor, fie de
emitator+receptor); A-amplificator, care amplifica semnalele
primite de la receptor; O-sistemul de inregistrare si redare a
variatiei intensitatilor ultrasunetelor (osciloscop, oscilograf sau
monitor).
Fig. 9.8 Schema bloc a unui defectoscop ultrasonic
Procedee de control ultrasonic: 1)cu impuls transmis (procedeul
umbrei). La el se folosesc 2 palpatoare, E-emitatorul si
R-receptorul. Deoarece defectele reflecta ultrasunetele, pe
sistemul de observare se evidentiaza, pe langa semnalul de intrare
si cel de iesire a ultrasunetelor din piesa si un semnal
intermediar de defect, a carui amplasare ne indica distanta la care
se afla defectul iar amplitudinea semnalului indica marimea
defectului.2)cu impuls reflectat (procedeul ecoului) - foloseste un
singur palpator cu rol de emitator si receptor. La primul procedeu,
ultrasunetele sunt emise continuu iar la al 2-lea sunt emise in
impulsuri.
Fig. 9.9 Principiile metodelor de control cu ultrasunete:a
metoda cu impuls transmis; b metoda cu impuls reflectat;1 pies fr
defecte; 2 pies cu defect mic; 3 pies cu defect mare
Defectoscopia cu radiatii penetranteRadiatiile electromagnetice
(X sau ) au proprietatea de a strabate materia solida si de a-si
atenua intensitatea in functie de distanta parcursa. I=I0*e-x, unde
-I=intensitatea radiatiei finale, -I0=intensit radiadiei initiale,
=coef de absorbtie a radiatiei, -x=distanta parcursa in material.
Radiatiile X sunt produse de aparatele Roentgen iar radiatiile se
obtin prin descompunerea radioizotopilor artificiali (Iridiu-192,
Ceriu-137, Cobalt-60). Prin aceste metode se detecteaza si se
localizeaza defecte de profunzime situate la adancimi de aprox 90
mm si de natura diversa.
Detectarea, evaluarea si tratarea avariilorMetodele biologice -
constau in inspectie vizuala pe baza de miros sau zgonot efectuata
de personal specializat sau caini antrenati. Metode hardware - se
folosesc instrumente specializate care includ senzori acustici,
detectoare de gaze de presiune negativa, de caldura, sau in
infrarosu. Metode software - SCADA. Evaluarea defectelor-se face
dupa proceduri de urgenta pt evitarea riscurilor de accidente,
pagube materiale si poluarea mediului. Se parcurg urmatoarele
etape: 1)reducerea presiunii cu pana la 80% in functie de
gravitatea defectului. Are ca principal scop prevenirea propagarii
defectului. 2)excavarea, in cazul conductelor ingropate.3)masurarea
defectului pt a stabili: tipul (fisura, deformare, coroziune),
dimensiunile, localizarea (la interior sau ext, axial,
circumferential), defecte asociate, scurgeri asociate, starea
peretilor conductei si a fluidului, daca sunt zone de sudura in
apropiere. In urma evaluarii se trag urmat concluzii: -defectul nu
este grav, conducta ramane in functiune, se reface invelisul
exterior, -defect nesemnificativ cu conditia ca presiunea de regim
sa fie redusa, -defect minor ce trebuie remediat, defect ce trebuie
reparat prin consolidare, -defect major ce necesita inlocuirea
tronsonului. Metode de reparare a defectelor. Cand reparatia impune
taierea sau sudarea conductelor ce contin substante inflamabile, se
au in vedere urmat aspecte: -fluidul din conducta nu trebuie sa se
aprinda, sa se descompuna, sau sa reactioneze cu metalul la sudare;
-sudarea sa nu penetreze peretele conductei; -debitul fluidului sa
nu aiba efect de calire asupra zonei sudate. 24