Диагностика и экспертиза коррозионных разрушений металлов Цель курса

Диагностика и экспертиза коррозионных разрушений металлов Цель курса научить проводить диагностику и экспертную оценку коррозионных разрушений конкретных металлических материалов на основе теоретических представлений о механизмах соответствующих коррозионных процессов Практические умения и навыки уметь использовать данные о составе, структуре, электрохимических характеристиках сплавов для диагностики их склонности к общим и локальным видам коррозионных разрушений и проводить экспертную оценку причин коррозионных отказов применительно к конкретным сплавам и условиям их эксплуатации

Термины и определения Ø Ø Ø Ø Диагностика (техническая) – область знаний, охватывающая теорию, методы, средства и технологии определения технического состояния объектов (согласно ГОСТ 20911 -89). Коррозионная диагностика – комплекс работ, включающий сбор и анализ данных для определения состояния противокоррозионной защиты, оценки коррозионного состояния и выявления тенденций коррозии металлоконструкций и сооружений. Мониторинг – система сбора/регистрации, хранения и анализа небольшого количества ключевых (явных или косвенных) признаков/параметров описания данного объекта для вынесения суждения о поведении/состоянии данного объекта в целом, то есть для вынесения суждения об объекте в целом на основании анализа небольшого количества характеризующих его признаков Коррозионный мониторинг – комплексная система мер, направленных на снижение вероятности коррозионного разрушения отдельных фрагментов металлических конструкций Экспертиза – исследование специалистом (экспертом) каких-либо вопросов, решение которых требует специальных познаний в области науки, техники, искусства и так далее Коррозионная экспертиза – исследование специалистом (экспертом в области коррозии и защиты металлов) коррозионного состояния металлоконструкций и сооружений, установление вида, характера и причины коррозионного разрушения металлов и сплавов, из которых изготовлены объекты Прогнозирование – установление (предсказание) сроков безотказной работы элементов металлоконструкци и/или оборудования до очередного технического обслуживания или ремонта.

Основные задачи и требования к проведению диагностики коррозионного состояния Ø Оценка коррозионного состояния должна проводиться на основе: Ø 1) специально разработанных методик, инструкций, рекомендаций и других нормативных документов к проведению экспертизы металлических материалов и конструкций Ø 2) отраслевых стандартов на определенные виды металлопродукции (трубы, металлопрокат, агрегаты металлургического и химического производства и др. ) Ø 3) знания условий эксплуатации (добыча, , транспортировка нефти и газа, агрессивная атмосфера промышленных предприятий, производство химических веществ и т. д. ) Ø 4) привлечения аккредитованных организаций и квалифицированных специалистов в области выполнения коррозионных обследований, обладающих необходимым пакетом документов на те виды работ, которые требуют специального разрешения

Нормативно-техническая и методическая документация, используемая при проведении экспертизы коррозионного состояния металлических материалов и конструкций Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Закон Российской Федерации «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 2. 06. 97 г. № 116 -Ф 3 Постановления Правительства Российской Федерации от 25. 12. 98 г. № 1540 «О применении технических устройств на опасных производственных объектах» ; ПБ 03 -246 -98 «Правила проведения экспертизы промышленной безопасности» с изменением № 1(ПБИ 03 -490(246 -02)); «Порядок продления срока безопасной эксплуатации технических устройств, оборудования и сооружений на опасных производственных объектах» , утвержденный приказом Министерства природных ресурсов и экологии РФ от 30. 06. 2009 г. № 195; ПНАЭ Г-2 -17 -031 -91 «Ультразвуковой контроль. Часть III. Измерение толщины монометаллов, биметаллов и антикоррозионных покрытий» . ПБ 03 -584 -03 «Правила проектирования, изготовления и приемки сосудов и аппаратов стальных сварных» ; ПБ 03 -576 -03 «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» ПБ 03 -585 -03 «Правила устройства и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов» ; ПБ 09 -594 -03 «Правила безопасности производстве, хранении, транспортировании и применении хлора» ПБ 09 -596 -03 «Правила безопасности при использовании неорганических жидких кислот и щелочей» ; ПБ 03 -593 -03 «Правила организации и проведения акустико-эмиссионного контроля сосудов, аппаратов и технологических трубопроводов» . ГОСТ Р 52630 -2006 «Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия» ; ГОСТ 28702 «Контроль неразрушающий. Толщиномеры ультразвуковые. Общие технические требования» ГОСТ 14782 «Контроль неразрушающий. Сварные соединения. Методы ультразвуковые» . ГОСТ 14249 -89 «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность» ; ГОСТ 24755 -89 «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность укрепления отверстий» . ГОСТ 18442 -80. «Контроль неразрушающий. Капиллярные методы. Общие требования» РД 03 -606 -03 «Инструкция по визуальному и измерительному контролю» ; РД 03 -421 -01 «Методические указания по проведению диагностирования технического состояния и определению остаточного срока службы сосудов и аппаратов» ; РД 13 -06 -2006 «Методические рекомендации о порядке проведения капиллярного контроля технических устройств и сооружений, применяемых и эксплуатируемых на опасных производственных объектах» РД 09 -244 -98 “Инструкция по проведению диагностирования технического состояния сосудов, трубопроводов, и компрессоров промышленных аммиачных холодильных установок”, утв. Госгортехнадзором России; РД 13 -03 -2006 «Методические рекомендации о порядке проведения вихретокового контроля технических устройств, сооружений, применяемых и эксплуатируемых на опасных промышленных объектах» СА-03 -07 «Расчеты на прочность и вибрацию технологических стальных трубопроводов» ; СПРАВОЧНИК «Неразрушающий контроль и диагностика» . Под редакцией В. В. Клюева. М. , «Машиностроение» , 1995 г.

Коррозионный мониторинг, прогнозирование и экспертиза Коррозионный мониторинг (КМ) - своевременное получение данных по коррозионному состоянию объекта и эффективности его защиты. Задача КМ – получение в режиме реального времени информации об изменении коррозионной ситуации, отслеживание изменения скорости коррозии и агрессивности коррозионной среды. При проведении КМ для оценки коррозионного состояния металлов определяется: - вид коррозионного поражения; -площадь коррозионного поражения; -остаточная толщина металла в местах коррозионных поражений; -глубина коррозии локальных повреждений металла; -геометрические размеры сквозных коррозионных поражений. При оценке состояния защитных покрытий определяются: -тип дефекта защитного покрытия; -площадь разрушенного покрытия; -адгезия сохранившегося покрытия; -толщина защитного покрытия; -защитные свойства покрытия. При оценке состояния механических повреждений определяются: - геометрические размеры трещин, разрывов, вмятин, пробоин элементов металлоконструкций; - дефекты сварных и болтовых соединений.

Коррозионный мониторинг, прогнозирование и экспертиза Ø Стадии проведения мониторинга: Ø Мониторинг на стадии проектирования предусматривает правильность выбора конструкционных материалов и решений (рациональное конструирование) с учетом особенностей их эксплуатации и расчета долговечности конструкции. Ø Мониторинг на стадии эксплуатации заключается в периодической диагностике коррозионного состояния оборудования. Регламент мониторинга определяется условиями эксплуатации диагностируемой системы. Используются следующие методы непрерывного (или периодического) контроля состояния объекта: − визуальный осмотр; − осмотр труднодоступных участков оборудования при помощи телеметрических систем; − определение технологических свойств коррозионной среды (окислительновосстановительного потенциала, наличия продуктов растворения элементов металлической конструкции, изменения концентрации коррозионно-активных агентов и др. ); − определение структурного состояния металла; − определение электрохимического потенциала металла; − определение скорости коррозии образцов-свидетелей; − определение электрического сопротивления образцов-свидетелей; − ультразвуковая, магнитометрическая и акустическая дефектоскопия. Ø Ø Ø Ø Ø Мониторинг на стадии реновации включает контроль технических решений по конструкционным и восстановительным работам и прогнозирование его дальнейшей эксплуатации с учетом этих работ.

Методы мониторинга неразрушающего контроля Ø Неразрушающий контроль – это измерение физических параметров различных сред без вмешательства в среду их передачи. Ø Приборы неразрушающего контроля: анализаторы металла и среды, дефектоскопы, толщиномеры, твердомеры, рентгенотелевизионные установки. Однако в ряде случаев достаточно информативными способами оценки технического состояния металлопродукции являются внешний осмотр и визуальный измерительный контроль. Ø Методы: 1. Визуальный и измерительный контроль -выполняется без какого-либо оборудования и проводится с использованием простейших измерительных средств. Цель визуального контроля − выявление поверхностных повреждений (трещин, коррозионных повреждений, деформированных участков, наружного износа и т. д. ). Цель измерительного контроля − определение соответствия геометрических размеров и допустимости повреждений материала и сварных соединений, выявленных при визуальном контроле, требованиям рабочих чертежей, ТУ, стандартов и паспортов. При оценке состояния материала и сварных соединений в процессе эксплуатации металлоконструкций и сооружений визуальный и измерительный контроль выполняют в соответствии с требованиями руководящих документов (методических указаний) по оценке (экспертизе) конкретных технических устройств и сооружений

Методы мониторинга неразрушающего контроля 2. Акустические методы - основаны на регистрации параметров упругих волн, возбуждаемых или возникающих в металлическом объекте. Чаще всего используют упругие волны ультразвукового диапазона (с частотой колебаний выше 20 к. Гц). Параметры этих волн тесно связаны с такими свойствами материалов, как упругость, плотность, анизотропия (неравномерность свойств по различным направлениям) и др. С помощью акустических методов измеряют толщины стенок изделий, неоднородности структуры, определяют геометрические характеристики изделий. Для возбуждения и регистрации ультразвуковых колебаний используют пьезоэлектрический эффект, заключающийся в изменении геометрических размеров некоторых материалов (кварц, титанат бария, титанат-цирконат свинца и др. ) с частотой изменения величины действующего переменного электрического поля. Пьезоэлектрическую пластину помещают в специальном устройствепьезопреобразователе (искателе). При падении ультразвуковой волны на поверхность раздела двух сред, в частности на границу дефекта, часть энергии отражается, что и используется при контроле.

Ø Ø Ультразвуковая дефектоскопия (УД) − поиск дефектов в металлическом материале путём излучения и принятия ультразвуковых колебаний, отраженных от внутренних несплошностей (дефектов), и дальнейшего анализа их амплитуды, времени прихода, формы и других характеристик с помощью специального оборудования − ультразвукового дефектоскопа. Ультразвуковая дефектоскопия основана на свойстве ультразвуковых волн распространяться в однородном твердом теле на большие расстояния в виде направленного пучка и отражаться от границ между двумя различными веществами, имеющими разные акустические свойства. Ø Разновидности УД: Ø 1. Теневой метод. Признаком обнаружения дефекта является уменьшение интенсивности (амплитуды) ультразвуковой волны, прошедшей от излучающего пьезопреобразователя к приемному. Недостатки метода − необходимость двустороннего доступа к изделию и малая точность оценки координат дефектов, достоинства − высокая помехоустойчивость и возможность применения для металлических изделий с грубо обработанной поверхностью. Ø 2. Зеркально-теневой метод. Признак обнаружения дефекта − уменьшение интенсивности (амплитуды) ультразвуковой волны, отраженной от противоположной поверхности изделия. Отраженный сигнал называется донным. Метод не требует двустороннего доступа к контролируемому изделию, позволяет более достоверно выявлять корневые дефекты в стыковых швах, помехоустойчив, применяется для изделий небольшой толщины с грубо обработанной поверхностью. Недостаток – невысокая точность определения координат дефекта.

Ø 3. Эхо-метод (метод отражения). Преобразователь 1 возбуждает в объекте контроля 2 ультразвуковой импульс. Он отражается от нижней поверхности объекта или дефекта 3 и принимается тем же (или другим) преобразователем. Генератор электрических импульсов 6 синхронизирован с генератором развертки 7 электронно-лучевой трубки 5. Отраженные сигналы усиливаются в 4 и вызывают появление на линии развертки пиков. На рисунке показаны посылаемый в изделие сигнал 8, эхосигнал от дефекта 9 и донный сигнал 10. Информативными параметрами в этом случае являются амплитуда и время прихода импульсов. а б Схема импульсного ультразвукового дефектоскопа: а – контроль поковки прямым преобразователем; б – контроль сварного шва наклонным преобразователем Контроль состояния металлоизделия осуществляется путем сканирования дефектоскопом поверхности объекта. Результатом сканирования являются эхосигналы, наблюдаемые на экране осциллоскопа. Метод позволяет обнаруживать поверхностные и глубинные дефекты различной природы, морфологии и ориентации (неметаллические включения, трещины, в т. ч. коррозионные, каверны и т. п. ). Это-метод обладает высокой чувствительностью: в оптимальных условиях контроля на частоте 2 -4 МГц можно обнаруживать дефекты, отражающая поверхность которых имеет площадь около 1 мм 2.

Ø Ø Ультразвуковая толщинометрия (УТ) - электромагнитноакустический способ направления и приёма ультразвуковых колебаний, что позволяет с высоким уровнем точности определить толщину измеряемого объекта, не нанося ему при этом каких-либо повреждений. Основой методики УТ является пьезоэлектро-акустический способ, при котором пьезоэлектро-преобразователь посылает в изделие и последующем принимает отраженные от донной поверхности ультразвуковые колебания, считывает время на прохождение данного расстояния и обрабатывает полученные данные. Это позволяет достаточно определять толщину измеряемого объекта, не нанося ему при этом никакого вреда Ø . Основными преимуществами ультразвуковой толщинометрии являются большая производительность и высокая точность измерений в широком диапазоне толщин, возможность контроля изделий из различных металлических и неметаллических материалов.

Ø Акустическая эмиссия (АЭ) − явление возникновения и распространения упругих колебаний (акустических волн) во время деформации напряжённого материала. Количественно АЭ − критерий целостности материала, который определяется звуковым излучением материала при контрольном его нагружении. Эффект АЭ может использоваться для определения образования дефектов на начальной стадии разрушения конструкции В отличие от традиционных методов неразрушающего контроля (ультразвуковой, радиационный, вихретоковый), с помощью которых можно обнаружить геометрические неоднородности (дефекты) путем излучения в структуру объекта некоторой формы энергии, в методе АЭ обнаруживаются не геометрические неоднородности, а микроскопические движения. Это позволяет очень быстро обнаруживать рост даже самых небольших трещин, разломов включений, утечек газов или жидкостей, то есть, большого количества самых разнообразных процессов, производящих акустическую эмиссию. Ø Акустико-эмиссионный отклик зависит от структуры материала и режима деформирования. Разные материалы при различных способах нагружения в сильной степени отличаются друг от друга по своему акустико-эмиссионному поведению. Существует два основных фактора, приводящих к высокой эмиссивности, – это хрупкость и гетерогенность материала. Вязкие механизмы разрушения, например, слияние пор в мягких сталях, напротив, приводят к низкой эмиссивности (по энергии и числу сигналов). Ø

Магнитный метод Ø Магнитный метод неразрушающего контроля применяют в основном для контроля изделий из ферромагнитных материалов, т. е. из материалов, которые способны существенно изменять свои магнитные характеристики под воздействием внешнего (намагничивающего) магнитного поля. Ø Операция намагничивания (помещения изделия в магнитное поле) при этом виде контроля является обязательной. Съем информации может быть осуществлен с полного сечения образца (изделия) либо с его поверхности. В зависимости от конкретных задач неразрушающего контроля, марки контролируемого материала, требуемой производительности метода могут использоваться те или иные первичные информативные параметры. Ø Наиболее распространенные информативные параметры метода: коэрцитивная сила, намагниченность, индукция (остаточная индукция), магнитная проницаемость, напряженность, эффект Баркгаузена (скачкообразное изменение намагниченности ферромагнетиков при непрерывном изменении внешних условий, например магнитного поля).

Капиллярный метод Ø Метод основан на капиллярном проникновении индикаторной жидкости (пенетранта) в поверхностные дефекты (трещины, поры и пр. ) с последующей регистрацией индикаторных следов визуальным способом или с помощью преобразователя. Метод капиллярного контроля позволяет обнаруживать поверхностные дефекты независимо от вида, материала и конфигурации поверхности. Ø Капиллярный метод неразрушающего контроля позволяют диагностировать сооружения любых размеров и форм, изготовленные из черных и цветных металлов и сплавов, пластмасс, стекла, керамики, а также других твердых неферромагнитных материалов. Ø Капиллярный контроль применяется также при течеискании и, в сочетании c другими методами, при мониторинге ответственных объектов и объектов в процессе эксплуатации. Ø Достоинства капиллярных методов дефектоскопии: простота операций контроля, несложность оборудования, применимость к широкому спектру материалов, в том числе к немагнитным металлам.

Вихретоковый метод контроля основан на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых возбуждающей катушкой в электропроводящем объекте контроля этим полем. Данный метод используется в основном для контроля качества электропроводящих объектов: металлов, сплавов, графита, полупроводников и т. д. Ø Объекты вихретокового контроля: электропроводящие прутки, проволока, трубы, листы, пластины, покрытия, в том числе многослойные, железнодорожные рельсы, корпуса атомных реакторов, шарики и ролики подшипников, крепежные детали и многие другие промышленные изделия. Ø

Коррозионное прогнозирование Прогнозирование является одним из основных элементов коррозионной диагностики, как составной части технической диагностики. Ø Основная цель прогнозирования коррозионного состояния − установление (предсказание) сроков безотказной работы элементов металлоконструкции (машины, агрегата, трубопровода и т. п. ) до очередного технического обслуживания или ремонта и предотвращение отказов с учетом динамики развития коррозионного процесса. Ø Ввиду большого разнообразия условий эксплуатации металлопродукции (сезонные изменения температуры, влажности, агрессивности атмосферы, состава коррозионной среды и т. п. ), режимов работы объекта, технического состояния отдельных элементов конструкции процесс изменения значений контролируемых параметров может носить случайный характер. Ø Вследствие резкого изменения условий эксплуатации, возникновения непредсказуемых внешних нагрузок, а также в связи с частичной заменой комплектующих при устранении обнаруженных ранее коррозионных отказов, ремонте отдельных узлов значения параметров часто меняются не плавно, а скачкообразно. Ø

Коррозионная экспертиза Ø Ø Ø Коррозионная экспертиза (КЭ) – это заключительный этап проведения коррозионного обследования На основании КЭ составляется официальное заключение о состоянии объекта, причинах и видах коррозионного разрушения металлоконструкции. Экспертная оценка действующего объекта осуществляется с целью определения текущего фактического состояния и оценки степени надежности системы для принятия решения о возможности дальнейшей эксплуатации (прогнозирование), необходимости проведения локального или капитального ремонта или полного прекращения работы. КЭ выполняться организациями, для которых такой вид деятельности предусмотрен уставом, которые располагают необходимыми средствами диагностирования, нормативно-технической документацией на диагностику металлопродукции, а также имеют обученных и аттестованных в установленном порядке специалистов. Специалисты по техническому диагностированию должны быть аттестованы по конкретному виду работ организацией, имеющей лицензию Госгортехнадзора России. Специалисты по неразрушающему контролю могут выполнять при техническом диагностировании только те виды работ, на которые они аттестованы в порядке, установленном Госгортехнадзором России.

Классификация коррозионных процессов Сплошная (общая) коррозия равномерная неравномерная избирательная Местная (локальная) коррозия 2 а) пятнами 2 б) язвами 2 в) точечная (питтинг) 2 г) сквозная 2 д) нитевидная 2 е) подповерхностная 2 ж) межкристаллитная 2 з) ножевая 2 и) коррозионное растрескивание