Интенсивность коррозии сварных соединений в первую очередь зависит от следующих факторов:
1) свойства сварочного и основного материала, свойства сварного шва (микро- и макронеоднородность, геометрическая неоднородность);
2) характер напряжений (остаточные напряжения и внешняя нагрузка);
3) агрессивность коррозионной среды;
4) наличие сварочных дефектов (непровары, подрезы, острые кромки, наплывы);
5) конструктивные особенности сварного соединения (концентраторы напряжений);
6) особенности технологии сварки.
Виды коррозионных разрушений сварных швов приведены на рис.1.
Рисунок 1 - Виды коррозии сварных швов: а - равномерная, б - сосредоточенная на шве, в - сосредоточенная на основном металле, г - в зоне термического влияния, д - межкристаллитная в зоне термического влияния, е - ножевая, ж - межкристаллитная на шве, з - точечная, и - коррозионное растрескивание, к - коррозионная усталость, л - растрескивание и усталость.
Стыковые сварные соединения имеют наименьшую концентрацию напряжений.
Разнородность материала шва приводит к коррозии электрохимического характера, когда один из участков шва становится анодом, а другой — катодом. При наличии агрессивной электролитической среды происходит растворение анодного участка. Каждая зона сварного соединения имеет свой электродный потенциал (рис.2). Чем отрицательнее соседние потенциалы и больше их разница, тем быстрее протекает процесс коррозии (таблица 1).
Таблица 1. Электродные потенциалы сварных швов в 3% растворе NaCl (для увеличения нажмите на рисунок)
Для уменьшения процесса коррозии сварных швов должно выполняться следующее условие: коэффициент коррозионной совместимости (отношение скорости коррозии анодного участка к скорости коррозии основного металла) должен быть меньше допустимого значения.
Структурные изменения в материале при сварке приводят к межкристаллитной коррозии. На интенсивность образования межкристаллитной коррозии сильное влияние оказывают частицы карбидов избыточных фаз металла.
Точечная коррозия сварных швов характерна для тех условий, когда нарушаются защитные пленки пассивирующихся металлов (алюминий и его сплавы, хромоникелевая сталь и т. д.).
Пластические деформации могут создавать как благоприятные условия для протекания коррозии (возникновение активных анодных зон в результате дефектов кристаллической решетки, наличие растягивающих напряжений), так и уменьшать коррозионные процессы (сжимающие напряжения на поверхности металла, более равномерное распределение анодных зон, уменьшение их локализации).
«Щелевая» коррозия может возникнуть при наличии концентраторов напряжений, приводящих к растрескиванию материала. Форма и глубина концентраторов (типа щелей, либо открытого типа) существенно влияют на коррозионное разрушение. Наиболее опасные щелевые концентраторы могут возникнуть в результате непровара сварного шва. В вершине непровара электродный потенциал становится более отрицательным, чем основной металл, что и приводит к интенсивной коррозии.
Рисунок 2 - Потенциалы различных зон сварного шва: Еш - потенциал шва, Езтв - потенциал зоны термического воздействия, Ем -потенциал зоны основного металла, Еуст - установившийся потенциал сварного соединения.
В зависимости от характера возникновения коррозии существуют различные методы борьбы с ней:
1. Общие методы: применение новых коррозионно-стойких материалов и более рациональная проработка конструкции; использование защитных покрытий; ингибирование среды и электрохимическая защита.
Рациональное конструирование сварных соединений включает в себя исключение конструктивных концентраторов напряжений, уменьшение количества сварных швов в высоконапряженных участках конструкции, уменьшение зон остаточных напряжений, ужесточение допусков на дефекты сварных швов.
2. Улучшение сварочных режимов и ликвидация сварочных дефектов: применение предварительного, сопутствующего или последующего подогрева свариваемых деталей для уменьшения скорости их охлаждения; применение специальных присадочных материалов; ультразвуковая обработка; термомеханическая обработка; наложение дополнительных валиков; поперечные колебания дуги при сварке. Уменьшение скорости охлаждения помогает снизить структурную неоднородность и остаточные напряжения (рис. 3).
Рисунок 3 - Влияние скорости охлаждения сварного шва: 1 - на степень неоднородности металла, 2 - на структурную неоднородность, 3 - на сопротивляемость коррозии.
3. Для уменьшения межкристаллитной коррозии шва применяют следующие способы: снижают содержание углерода менее предела его растворимости в аустенитной фазе; добавляют титан и ниобий; увеличивают скорость охлаждения в области критических температур, предотвращая выпадение карбидов.
4. Зачистка сварных швов и нанесение защитных покрытий для ликвидации точечной коррозии.
5. Для уменьшения остаточных напряжений — снижение объема метала, участвующего при сварке; создание обратных деформаций; компенсация деформаций симметричным наложением швов; создание условий для свободной усадки при сварке; предварительный и последующий нагрев; механическое воздействие на шов после сварки (проковка шва, прокатка зоны сварного шва, обкатка роликами, обработка взрывом); приложение обратной статической нагрузки к конструкциям.
