Korozija Zavarenih Spojeva_obrada

8/11/2019 Korozija Zavarenih Spojeva_obrada

1/91

Uvod u korozijuKOROZIJA ZAVARENIH SPOJEVA

Dr Bore Jegdi, dipl. in. tehnologijeMr Biljana Bobi, dipl. in. tehnologije

Institut GOA, Beograd, Milana Rakia 35,

e-mail: [email protected], [email protected]


2/91

PODELA KOROZIJE HEMIJSKA KOROZIJA

(najee na povienim temperaturama)4Fe + 3O2 = 2Fe2O3

ELEKTROHEMIJSKA KOROZIJA(u rastvorima elektrolita)

Fe = Fe2+ + 2e- (anodna reakcija-oksidacija)

2H+

+ 2e-

= H2 (katodana reakcija-redukcija)


3/91

Limunska baterija


4/91

Analogija baterije i povrine metala

Danielov suvi element

(baterija)Smer struje suprotan od

smera kretanja elektrona

Povrina metala


5/91


6/91

Purbe-ovi dijagrami(termodinamika korozije)

Elektrolitika disocijacija Kiseline (H+, pH7) Soli (hidroliza soli)

pH=-log c(H+)


7/91

Purbeov dijagram za Al


8/91

Ravnoteni i korozioni potencijal


9/91

Ravnoteni potencijali (metala)

Au = Au3+ + 3e- +1,50

Pt = Pt2+ + 2e- +1,20O2 + 2H2O + 4e

- = 4OH- +0,40

Cu = Cu2+ + 2e- +0,34

H2 = 2H+

+ 2e-

0,00 (Ref. Elektoda)Fe = Fe2+ + 2e- - 0,44

Zn = Zn2+ + 2e- - 0,76

Al = Al3+

+ 3e-

- 1,66Li = Li+ + e- - 3,35


10/91

Galvanski niz metala i leguraZlato (Au)Titan (Ti)Srebro (Ag)Hasteloy C (62Ni,17Cr,15Mo)18-8 Mo nerajui elik (pasivan)Inconel (80Ni,13Cr,7Fe) (pasivan)Nikal (pasivan)Monel (70Ni,30Cu)Bakar (Cu)

Mesing (Cu-Zn)Inconel (aktivan)Nikl (aktivan)Kalaj (Sn)Olovo (Pb)18-8 nerajui elik (aktivan)

Hromni nerajui elik, 13% Cr (aktivan)elik ili gvoe2024 aluminijum (4,5Cu,1,5Mg,0,6Mn)Kadmijum (Cd)Komercijalno isti aluminijum (1100)

Cink (Zn)Magnezijum i njegove legure


11/91

Elektrohemijska korozija(kinetika korozije)

Katodne reakcije:2H+ + 2e- H2O2 + 2H2O + 4e-4 OH-

O2 + 4 H+

+ 4e-

2 H2O

Anodna reakcija:M M2+ + 2e-


12/91

Polarizacija

ematski prikaz polarizacije aktivaciona polarizacija u koncentrovanom rastvoru kiseline

koncentraciona polarizacija u razblaenom rastvoru

difuziona kontrola (O2)


13/91

Polarizacioni dijagrami

log ikor,1 log ikor,2

Ekor,3

Ekor,2

K

A

1 2

3

Ekor,1

E

log ilog ikor,3

Koncentraciona polarizacija

(difuzija kiseonika)

Polarizacioni dijagram za

metale koji podleu pasivaciji

(Cr, Al, Ti, nerajui elici itd.)

log


14/91

Nerajui elici


15/91

Nerajui elici


16/91

KOROZIJA U TERMOELEKTRANAMA

DEAERATOR I GREJANAPOJNE VODE:Naponska, raslojavajua, eroziona, piting i opta korozija

KOTAO (EKONOMAJZER, PREGREJAI ITD.):Kaustina naponska korozija, vodonina krtost, piting (sa parno-

vodene strane)

KOTLOVI SA PLAMENE STRANE:Rastopljene soli sulfata alkalnih metala i oksida vanadijuma i korozija

u kondenzatuKONDENZATOR:Naponska (NH3, Cl

-, H+), piting, eroziona, raslojavajua, galvanska,sulfidna

PARNA TURBINA:

Naponska, korozioni zamor, piting, eroziona korozija


17/91

ZAVARENI SPOJ

Metal ava

Zona uticaja toplote

Osnovni metal


18/91

DEFEKTI ZAVARENOG SPOJATople prsline Solidifikacione i likvacione

Sumpor i fosfor Mangan (MnS i FeS) Tehnologija zavarivanja

Hladne prsline

Ekvivalent ugljenika Predgrevanje i meuprolaznozagrevanje

Uklanjanje vodonika Tehnologija zavarivanja

MikroprslinePoroznostTroska


19/91

Uzroci nastanka ipostupci spreavanja

hladnih prslina umetalu ava


20/91

Uzrocinastanka i postupcispreavanja hladnih

prslina

u ZUT-u


21/91

OBLICI KOROZIJE

Opta korozija

Galvanska korozija Eroziona korozija Piting korozija Korozija u zazorima

Interkristalna korozija Selektivna korozija Naponska korozija

Vodonina krtost Korozioni zamor Mikrobioloka korozija


22/91

Tip korozije (%)


23/91

OPTA KOROZIJA

Ravnomerno smanjenjedebljine metala

Manje opasna od lokalnihvidova korozije

Pod dejstvom:

CO2 , NH4+, H2SO4,visokotemperaturna u TE


24/91

PRIMER IZ PRAKSE

Ugljenini elik 35.8DOGAAJ: Opta kiselinska korozija spoljanje strane cevi kotla isparivaa,

zagrejavanog sagorevanjem tekog ulja posle prekida rada postrojenja.

UZROK: Tokom prekida rada kisela sumporna jedinjenja sa plamene strane reagujusa vodom stvarajui sumpornu kiselinu, koja nagriza elik.

LEK: Neutralisati nastalu kiselinu sa npr. MgO, ili upotrebiti za zagrevanje ulje saniskim sadrajem sumpora ili upotrebiti prirodni gas.


25/91

PRIMER IZ PRAKSE

elik 13 CrMo 9-10DOGAAJ: Visokotemperaturna sulfidna korozija cevi pregrejanog kotla (61 bar,

430 oC u unutranjosti kotla) zagrejavana sagorevanjem nafte, posle

5 godina eksploatacije.

UZROK: Obrazovani depozit na spoljanjoj strani pregrejaa (70% Na2SO4 + 4%V2O5) na temperaturama iznad 600 oC se tope izazivajui koroziju i nakraju pucanje cevi.

LEK: Dodavanje razliitih aditiva (MgO) u naftu je nedovoljno efikasno. Zamena

nafte sa gorivom koje ne sadri sumpor, kao to je prirodni gas jenajefikasnije.


26/91

PRIMER IZ PRAKSE

BronzaDOGAAJ: Korozija pod dejstvom amonijaka ventila bojlera (10 bara).

UZROK: Korozija ventila od bronze izazvanog amonijakom (6 ppm NH4+) i

kiseonikom prisutnim u bojleru.

LEK: Zamena ventila od bronze sa ventilom od nerajueg elika, ili

upotreba napojne vode bez amonijaka


27/91

OPTA KOROZIJA

Metode ispitivanja

Komore za ubrzana ispitivanja

Neutralna slana magla (NSS)Kisela slana magla (ASS)CASS metodametoda sa SO2

Kontinualno i naizmenino potapanje Elektrohemijske metode

Stern-Gerijeva metoda polarizacione otpornostiEkstrapolacija Tafelovih pravaca

metoda ac-impedanse Atmosferske korozione stanice Ispitivanje u uslovima eksploatacije (KUPONI)


28/91


29/91


30/91

Terenska ispitivanja


31/91

Monitori korozije


32/91

Galvanska korozija


33/91

GALVANSKA KOROZIJA

Kontakt razliitih metala

Prisustvo elektrolita Razlika potencijala

Galvanski niz Odnos SA/SK

Aluminijumske legure

Niskolegirani elici


34/91

GALVANSKA KOROZIJAAluminijumskih legura

a) 5456H321 + 5556

b) 2219-T87 + 2319

c) 7039-T651 + 5183


35/91

Izbor dodatnog materijala prema EN-485

AI99.5 AI99.5

AI99.5 AI99.5

1

2

3

4

Al99.5

1.najvea vrstoa

2.najbolja zavarljivost

3.dobra koroziona postojanost

4.dekorativnost

*

AIMn1

AIMn1

AIMn1

AIMn1

AI99.5 AI99.5

AI99.5 AI99.5

1

2

3

4

AlMn1

AIMg3.5

AIMg3.5

AIMg3.5

AIMg3.5

AI99.5 AI99.5

AIMn1

AIMn1

AI99.5 AI99.5

AI99.5 AI99.5

1

2

3

4

AlMg1

AIMg3.5

AIMg3.5

AIMg3.5

AIMg3.5

AIMg3.5

AIMg3.5

AIMg3.5

AIMg3.5

AIMg3.5

AIMg3.5

AIMg3.5

AIMg3.5

AIMg3.5

AIMg3.5

AIMg3.5

AIMg3.5

1

2

3

4

AlMg2.5

AIMg5

AIMg5

AIMg5

AIMgS

AIMg5

AIMg5

AIMg5

AIMgS

AIMg5 AIMg5

AIMg5 AIMg5

AIMg5

AIMg5

AIMg5

AIMg5

AIMg5

AIMg5

AIMg5

AIMg5

1

2

3

4

AlMg4 AlMg5

-

AlSi5-

-

-

AlSi5-

-

AIMg5

AIMg5AIMg5

AIMg5

AIMg5 AIMg5

AISi5 AIMg5

AIMg5 AISi5

AISi5 AIMg5

AIMg5 AISi5

AISI5 AIMg5

1

23

4

AlSi1Mg

AISi5 AIMg5

AIMg5 AISi5

AISi5

-

AIMg5

AIMg5

AIMg5

AIMg5 AISi5

AIMg5

AIMg5

AIMg5 AISi5

AIMg5

AIMg5 AIMg5

AISi5 AIMg5

AISi5 AISi5

AISi5 AIMg5

AISi5 AISi5

AISi5 AIMg5

1

2

3

4

AlZn5Mg1

AlZn5Mg1AlSi1MgAlMg4AlMg5

AlMg2.5AlMg1AlMn1Al99.5Osobine*Osnovnimaterijal


36/91

PRIMER IZ PRAKSEAluminijum

DOGAAJ: Galvanska korozija kontrolnog ventila od aluminijuma naseditu od bronze, u toploj vodi (70-90 oC, pH=9)

UZROK: Razlika potencijala izmeu Al i bronze u prisustvu O2LEK : Izrada ventila i sedita ventila od bronze, ili spreavanje ulaska

vazduha u sistem


37/91

Primeri galvanske korozije

Nepovoljan sluaj

Povoljan sluaj


38/91

Primer galvanske korozije


39/91

Galvanska korozija

Galvanska korozija naoteenom mestu

a) elik zatien prevlakomod cinka

b) elik zatien prevlakomkalaja ili nikla

Galvanski mikroelementia) perlitna struktura elika

b) meukristalna korozija kodaustenitnog nerajuegelika


40/91

GALVANSKA KOROZIJAMetode ispitivanja

Atmosferski uslovi ISO 7441 Potpuno potapanje ASTM G71

Iste metode kao za ispitivanje opte korozije

Galvanski niz ASTM G82


41/91

PRIMER IZ PRAKSE

BakarDOGAAJ: Eroziona korozija bakarne cevi sa toplom vodom (80 oC, 6 m/s)

posle 5 godina eksploatacije.

UZROK: Velika brzina strujanja tople vode izazvala pojavu erozione korozije.

LEK: Smanjenje brzine protoka ispod 0,8 m/s (npr. zamenom postojeih cevi sacevima veeg prenika) ili zameniti te cevi sa cevima od nerajueg elika.


42/91

Uticaj Zn u Cu-Zn legurama


43/91

PITING KOROZIJA Obrazovanje korozionih

jamica

Oteenje pasivnog filma

Naslage troske, talozi

MnS ukljuci

Senzibilizovana mesta

Granica austenit / ferit

Mikrosegregacije u

dendritnoj strukturi Konc. Cl- = 1/konc.O2 Austenitni SS sa Mo i N


44/91

PITING KOROZIJA-mehanizmi


45/91


46/91


47/91

PRIMER IZ PRAKSE

Ugljenini elik 35.8DOGAAJ: Pitinzi u odvodnoj cevi iz kotla (85 bara, 515 oC) posle 11 godina

eksploatacije

UZROK: Nedovoljna koncentracija HIDRAZINA u kotlovskoj vodi tokom periodaprekida dovela do pojave kiseonine (piting) korozije.

LEK: Odravanje vee koncentracije hidrazina (najmanje 100 ppm) u kotlovskojvodi tokom perioda prekida, uz periodinu kontrolu. Alternativa za toksinihidrazin npr. D-izoaskorbina kiselina ili hidrohinon


48/91


49/91

KOROZIJA U ZAZORIMA Zazor izmeu

konstrukcionih elemenata

Nepotpun provar Mesta prekrivena troskom

ili talogom

Fiziki i mehaniki defekti Mehanizmi koncentracije Diferencijalna aeracija

Austenitni nerajui elicisa Mo i N otporni


50/91

Korozija u zazoru

a) poetna faza b) kasnija faza

Korozija u zazoru elika u aerizovanoj morskoj vodi

PRIMER IZ PRAKSE


51/91

PRIMER IZ PRAKSE

Nerajui elik (AISI 316)DOGAAJ: Piting i korozija u zazorima u zavarenom spoju nerajueg

elika 316, u toploj vodi (90 oC, pH=7,2, 30 ppm Cl-)

UZROK: Lo kvalitet zavarenog spoja (prisustvo zazora, zavarivanjebez zatitnog gasa)

LEK: Zavarivanje u zatitnom gasu i primena 316 L elektrode


52/91

KOROZIJA U ZAZORIMAMetode ispitivanja

Metoda potapanja ASTM G78 Iste metode kao za ispitivanje opte korozije

PREN = Cr + 3,3Mo + 16N (austenitni)PREN = Cr + 3,3Mo + 30N (duplex)


53/91

INTERKRISTALNA KOROZIJA

Rastvaranje u oblasti

granice zrna

Ner ajui elici

Senzibilizacija (weld decay)Noasta korozija

Aluminijumske legure

Serije 2000, 5000 i 7000 Legure nikla

T, K


54/91

Dva tipa interkristalne korozije


55/91

Weld decay


56/91

Knife line atack

PRIMER IZ PRAKSE


57/91

PRIMER IZ PRAKSE

Nerajui elik (AISI 304)DOGAAJ: Interkristalna korozija spiralne cevi od nerajueg elika

304 u blizini zavarenog spoja u vodenoj pari (190 oC)

UZROK: Senzibilizacija ZUT-a tokom zavarivanjaLEK: arenje posle zavarivanja, korienje elika sa niskim sadrajem

ugljenika, korienje stabilizovanog elika sa Ti ili Nb ili primenabeavnih cevi


58/91


59/91


60/91

SELEKTIVNA KOROZIJA

Rastvaranje manje plemenite

komponente legure

Decinkacija Cu-Zn legura

Grafitizacija livenog gvoa

Dealuminizacija Al-bronzi Denikelizacija Cu-Ni legura

Slojevita decinkacija

Lokalna decinkacija (epovi)

PRIMER IZ PRAKSE


61/91

PRIMER IZ PRAKSE

Cr-Ni liveno gvoeDOGAAJ: Grafitizacija (prakast sloj grafita u dubinu 1 mm) pumpe za napajanje

kotla posle 1,5 godina eksploatacije (demineralizovana voda, 123 oC,~0,01 ppm O

2, pH 7,6-8,5 regulisana sa di i tri Na-fosfatom)

UZROK: Niska pH vrednost napojne vode izazvala rastvaranje Fe i zaostajanje napovrini prakastog grafitnog sloja.

LEK: Poveati pH vrednost do 9-9,5 dodavanjem amonijaka kao to predvia

proizvo

apumpe, ili upotrebiti pumpu izra

enu od bronze

SELEKTIVNA KOROZIJA


62/91

SELEKTIVNA KOROZIJAMetode ispitivanja

Metoda potapanja ISO 6509 za Cu-Zn legure

NAPONSKA KOROZIJA (SCC) I


63/91

NAPONSKA KOROZIJA (SCC) IVODONINA KRTOST

Uslovi za pojavu Legura sklona SCC Dovoljno visoka zatezna

naprezanja (spoljanja ilizaostala)

Specifina koroziona sredina

Mehanizmi

Anodno rastvaranje Lokalna vodonina krtost

Adsorpcioni mehanizam

Naponska korozija


64/91

p j

Specifine korozione sredine

Ugljenini niskolegirani elici niskevrsto

e(Hidroksidi, karbonati, nitrati, fosfati, amonijak)

elici visoke vrstoeKoroziona sredina nije specifina, vodonikDominantan nivo vrstoe

Ner ajui elici(Hloridi, hidroksidi, politionske kiseline)

MesingAmonijak

Aluminijumske legureSerija 2000, 5000 i 7000Hloridi

FAZE NAPREDOVANJA


65/91

NAPONSKE KOROZIJE (SCC)


66/91


67/91

PRIMER IZ PRAKSE


68/91

Ugljenini elikDOGAAJ: Interkristalna naponska korozija (kaustina krtost) parovoda od

ugljeninog elika u blizini zavarenog spoja.

UZROK: U prisustvu OH-jona, visoke temperature i zaostalih naprezanjau zavarenom spoju dolo do naponske korozije

LEK: Praenje kvaliteta kondenzata na prisustvo hidroksida, ubrizgavanjedemineralizovane vode

PRIMER IZ PRAKSE


69/91

Nelegirani elikDOGAAJ: Interkristalna vodonina krtost cevi isparivaa kod kotla visokog

pritiska, posle 10 godina eksploatacije.

UZROK: Tokom prekida rada postrojenja, (pre faze neutralizacije) na gasnoj stranicevi se obrazuje kisela sredina (H2SO4). Reakcijom kiseline sa elikomobrazuje se vodonik koji difunduje u elik i izaziva vodoninu krtost.

LEK: Primeniti drugi elik (niskolegirani elik otporan na vodoninu krtost)

PRIMER IZ PRAKSE


70/91

Mesing koji sadri 2% AlDOGAAJ: Transgranularni naponsko korozioni lom zavrtnja od mesinga na

parnoj turbini posle 3,5 godina eksploatacije u prisustvu kondenzatasa tragovima amonijaka

UZROK: Naprezanja u vijku kombinovana sa tragovima amonijaka u kondenzatuizazvali naponsku koroziju vijka

LEK: Upotreba zavrtnjeva od materijala otpornog prema amonijaku,

npr. od nerajueg elika

PRIMER IZ PRAKSE


71/91

Nerajui elik 304DOGAAJ: Transgranularna naponska korozija cevi kondenzatora pare (sa

unutranje strane kondenzat bez hlorida na 95 oC), a sa spoljanjestrane su povremeno padale kisele kie koje sadre hloride.

UZROK: Kisela kia koja sadri hloride isparava na zagrejanoj cevi i stvara usloveza odvijanje hloridne naponske korozije.

LEK: Omotati cev od nerajueg elika sa aluminijumskom folijom (aluminijum

daje katodnu zatitu neraju

em

eliku)

PRIMER IZ PRAKSE


72/91

Nerajui elik (AISI 304)DOGAAJ: Naponska korozija cevi od nerajueg elika 304 u izmenjivau toplote (160 oC).

Hlaenje vreno vodom iz reke koja sadri tragove hlorida (25-50 ppm) irastvoren kiseonik.

UZROK: Lokalno pregrevanje, poveana koncentracija hloridnih jona na Fedepozitu i zaostala, zajedno sa termikim naprezanjima, izazvali naponsku koroziju.

LEK: Primena legura otpornih prema hloridnoj naponskoj koroziji, deaeracija ili inhibiranjerashladne vode da bi se smanjio Fe-depozit, hemijski obraena rashladna voda dakrui u zatvorenoj petlji.

PRIMER IZ PRAKSE


73/91

Inkonel X750DOGAAJ: Interkristalna naponska korozija (kaustina krtost) opruge kontrolnog

ventila pod dejstvom pregrejane pare (40 bara, 425 oC), posle3 meseca eksploatacije.

UZROK: Kaustina krtost je izazvana kombinacijom visokih naprezanja u opruzi iprisusta u depozitu OH-jona (viskoka pH vrednost vodene pare ukontaktu sa oprugom).

LEK: Upotrebiti kontrolni ventil sa oprugom spolja montiranom ili kontinualnopratiti kvalitet pare npr. konduktometrijskom metodom.

Naponska korozija


74/91

ema tipinih prslina kod naponske korozije i korozionog zamora kod sueono zavarenih spojeva

kod ugaonih spojeva prikljuaka i nosaa cevi

NAPONSKA KOROZIJA


75/91

Metode ispitivanja

Uzorci sa zaostalim

naprezanjima(ASTM G58 i ISO 7539-8)

NAPONSKA KOROZIJA


76/91

Metode ispitivanja

Ispitivanja pri konstantnoj

deformaciji uzorka(ASTM G58 i ISO 7539-8)

NAPONSKA KOROZIJA


77/91

Metode ispitivanja

Detektor krtostipo ASTM D807

Metoda po DIN 50915-2

NAPONSKA KOROZIJA


78/91

Metode ispitivanja

Ispitivanja pri konstantnomnaprezanju uzorka

(ASTM G58 i ISO 7539-8)

NAPONSKA KOROZIJA


79/91

Metode ispitivanja

Ispitivanja malom brzinom zatezanja SSRT

(ASTM G129 i ISO 7539-7)

NAPONSKA KOROZIJA


80/91

Metode ispitivanja

Ispitivanja metodom

mehanike loma

(ASTM G168 i G58 i

ISO 7539-6)


81/91

METALI I LEGURE SKLONI


82/91

NAPONSKOJ KOROZIJINiskolegirani elici visoke vrstoe(kaljeni i otputani elici)

Vlaan vazduh, vodeni rastvorielektrolita, posebno kada sadre H2S

Interkristalni naponsko korozioni lom(du granica predhodnih austenitnih

zrna) Nivo vrstoe: vei nivo vrstoe elika

- vea sklonost prema naponskojkoroziji

Konstantni nivo vrstoe: martenzitna

struktura vie sklona prema naponskojkoroziji nego beinitna struktura

Sastav elika vie utie na SCC priniskom nivou vrstoe


83/91


84/91

MOGUNOSTI SPREAVANJA


85/91

NAPONSKE KOROZIJE

Ukloniti iz radne sredine specifine agense naponske korozije Smanjiti nivo primenjenih naprezanja Smanjiti nivo zaostalih naprezanja (anodni mehanizam) Smanjiti nivo vrstoe (mehanizam vodonine krtosti) Primeniti drugu termiku obradu koja daje istoj leguri veu

otpornost prema naponskoj koroziji Primeniti drugi materijal vee otpornosti prema naponskoj koroziji Primeniti odgovarajue inhibitore Primeniti organske ili neorganske prevlake Primeniti katodnu ili anodnu zatitu, itd.


86/91

KOROZIONI ZAMOR

Metal podloankorozionom zamoru Ciklina naprezanja niske

frekvencije

Koroziona sredina (nijespecifina) Turbine u TE Zavareni spojevi

KOROZIONI ZAMOR


87/91

Metode ispitivanjaOdreivanje broja ciklusa do

loma (ISO 11782-1) Glatki uzorci Nije jasno definisana granica

dinamike vrstoe

Odre

ivanje brzine rastakoroziono zamorne prsline

(ISO 11782-2) Uzorci sa zarezom

Mehanika loma


88/91

PRIMERI IZ PRAKSE


89/91

Nerajui elik (AISI 321)DOGAAJ: Lokalizovana korozija ispod taloga u cevi hladnjaka od

nerajueg elika 321, u vodi za hlaenje na mestimasporijeg protoka

UZROK: Taloenje estica iz vode na mestima sporijeg protoka doveloje do lokalizovane korozije ispod taloga usled diferencijalne aeracije

LEK: Poveanje brzine protoka vode u cilju spreavanja nastajanjataloga, ili primena metala otpornijeg prema pitingu (AISI 316)


90/91

POSTUPCI ZATITE

Spreavanje obrazovanja zazora

Pravilan izbor dodatnog materijala Priprema povrine Uklanjanje izvora vodonika Projektovanje zavarenog spoja

Postupak zavarivanja Predgrevanje i meuprolazno zagrevanje Termika obrada posle zavarivanja Povrinska obrada zavarenog spoja Priprema vode u TE

Primena INHIBITORA korozije u TE Primena zatitnih prevlaka (kada se mogu primeniti)


91/91

Documents

Korozija Zavarenih Spojeva_obrada