水工金属结构腐蚀检测方法.

水工金属结构腐蚀检测方法
一、前言
材料在环境作用(包括化学、电化学和物理因数的综合作用)下发生的损坏和性能下降,就是腐蚀。

就金属结构而言,腐蚀不仅仅是锈蚀,还有多种形态的局部腐蚀,如坑蚀、缝隙腐蚀、水线腐蚀、冲(磨)蚀、气蚀、生物腐蚀及应力腐蚀等。

腐蚀发生的初始阶段不容易引起人们的注意,加上有锈层的掩盖,但随着运行年限的增长,局部腐蚀容易诱发突发性事故,危害性很大,应引起我们运行管理部门及检测部门的
注意,作好日常维护及安全检测工作。

二、检测的内容
根据SL101—94《水工钢闸门和启闭机安全检测技术规程》第4.
3.2条的规定,腐蚀检测内容有:
1．腐蚀部位及分布情况。

2．严重腐蚀面积占闸门和启闭机或构件表面积的百分比。

3．遭受腐蚀损坏构件的蚀余截面尺寸。

4．蚀坑(或蚀孔)的深度、大小、发生部位、蚀坑(或蚀孔)密度。

三、腐蚀类型与分布
金属的腐蚀从形态上分,主要有全面腐蚀和局部腐蚀两大类。

1．全面腐蚀。

全面腐蚀是一种常见的腐蚀形态,它的腐蚀特征是指在金属的整个暴露表面或一个大面积上普遍地发生化学或电化学反应,可以是均匀的,也可以是不均匀的。

由于水工金属结构常处于水下或潮湿的环
境,发生大面积腐蚀的部位较多,以水下部分和容易积水的主梁、小横梁等最为常见,一些处在门槽内的边梁也容易发生全面腐蚀。

2．局部腐蚀。

局部腐蚀是指金属表面上各部分的腐蚀速度存在明显差异,特别是指金属表面的大部分腐蚀速度很小,而在有限的小的表面区域内,腐蚀速度却很高。

下面就检测中常见的几种典型的局部腐蚀类型及发生部位分布介绍如下:
(1)坑蚀。

坑蚀是最常见的一种局部腐蚀类型,普遍发生在各个部位。

主要与材料的成分不均匀、表面状态及水中介质成分(主要是氯离子)有关。

其特征是在一定的区域范围内蚀孔不断地向纵深处发展,若连续发展能导致钢板穿孔。

(2)缝隙腐蚀。

在水工金属结构中,最常见的缝隙腐蚀发生在金属铆接、螺栓、水封、法兰盘连接等部位。

当这种具有缝隙的结构暴露在易发生腐蚀的介质中时,在缝隙的局部范围内常常会发生严重的腐蚀。

当然,常见的螺栓锈秃的情况还与电偶腐蚀等因素有关。

(3)水线腐蚀。

当金属结构(闸门)处于半浸没状态时,在水线稍下的部位,由于溶氧量丰富(空气中的氧能迅速溶入补充),会优先受到腐蚀而形成一条锈蚀线,叫水线腐蚀。

(4)焊缝腐蚀。

水工金属结构存在大量的焊缝,在焊接过程中会在焊缝局部产生很大的内应力及各种(微观)组织缺陷,两种因素的综合作用,会加速焊缝部位的腐蚀。

如果没有涂层保护或者保护效果不好,水工闸门的焊缝会优先腐蚀。

1997年在多架山电站渠首检查闸门时,
发生典型的焊缝腐蚀,在大部分喷漆层基本完好的情况下,沿焊缝部
位发生了锈蚀,不得不全部重新处理。

(5)冲蚀(磨蚀)。

由于高速水流或含泥沙颗粒、气泡的高速流体直接不断冲击下,金属表面造成的磨蚀又特别称为冲击磨蚀。

它是由高速流体的机械破坏与电化学腐蚀两种作用对金属共同破坏的结果。

在一些高水头、含沙量大的电站工作门底缘及压力钢管弯管段经常会出现这种现象。

另外,常见的局部腐蚀类型还有生物腐蚀、电偶腐蚀、应力腐蚀等。

四、检测方法
腐蚀检测主要是测量金属结构的蚀余厚度,并以其为依据进行闸门的强度、钢度复合计算。

下面就几种常用的测量方法作一简单的介绍。

1．超声波测厚法。

利用超声波测厚仪测量钢板蚀余厚度,是最常用和最精确的一种无损检测方法,精确度可达0.1e。

但检测时要求测表面平整光洁,这样才能与超声波探头很好地偶合。

也可用于较大的蚀坑蚀余厚度的测量,但要用砂轮机打磨,直到蚀坑底部出现平面。

超声波测厚仪的另外一个优点是能直接测量出无缝钢管的壁厚,如测量启闭机的中间轴锈蚀情况等。

应当注意的是,用超声波测厚仪测量蚀余厚度时,如果在探头放
置面上有涂层存在的话,应当用测出的蚀余厚度减去2倍的涂层厚度值,为最终的蚀余厚度(涂层的厚度用涂层测厚仪量出)。

其原因是,
超声波(纵波)在涂层中的声速(环氧类和聚脂类涂2400~3000m/s)是其在钢板中声速(约5900m/s)的一半,反应在超声测厚仪上的厚度值则相当于钢的两倍。

对于喷锌、铝的复合涂层,由于超声波在锌、铝中的声速与钢近似,但由于其上复合有较厚的有机涂层,样板试验结果证明,同样需减去近两倍的涂层厚度。

另外,使用超声波测厚仪时,声波传到钢板底面即形成回波,所以与钢板背面的涂层没有关系,在测量蚀余厚度时不用考虑钢板背面涂层的情况。

2．锈蚀深度测量法。

该种方法是直接量出锈坑的深度,也就是用数据直接反应出锈蚀量,其特点是较为直观,容易求出年腐蚀速度。

测量仪器常用焊缝检验尺,可以量出蚀坑的深度,精确度为0.05e。

3．腐蚀曲线法。

为了更形象地描述钢板表面的腐蚀类型及其状态,也可做出钢板表面的腐蚀曲线。

此种方法一般作为辅助手段配合前两种方法使用,特别是钢板表面的腐蚀类型较为单一时,采用此法较有代表性。

某一钢板表面腐蚀曲线,可以直观地看出是典型的坑蚀,坑蚀深度3e左右。

另外,使用照片也是描述腐蚀类型、状态和程度的最直观和最常用手段。

五、数据处理
1．列表法。

将所检测到的腐蚀数据用列表法给出,并分别求出蚀余厚度平均值、平均腐蚀率、腐蚀速率的平均值和最大值。

对于蚀余厚度小于6
e或发生锈蚀的构件,达到SL266—98《水利水电工程金属结构报废标准》规定需更换的可在表中直接标出。

列表法最大的优点是直观、信息量大,能直接提供强度和钢度复核计算需要的数据,能从表中看到全面的腐蚀情况。

2．对比图法。

为了直观地描述钢结构的腐蚀状况,可用对比图法对比给出钢板的原始厚度和蚀余厚度(平均),能直接看出钢板的腐蚀速度。

此方法一般作为列表法的补充手段配合应用。

3．直方图法。

通过对检测数据的统计表,可以做出各闸门锈蚀量的频数分布直方图及主要构件总体腐蚀量频数分布直方图。

对表进行分析,可以得出闸门的主要腐蚀情况、各构件的腐蚀程度、最大腐蚀速度等。

腐蚀量在1.00e处频数最大,说明普遍腐蚀程度在1.00e左右。

腐蚀量大于4.5e的数据也较集中。

此为构件小横梁严重锈蚀的反映。

总之,几种测量方法和数据处理方法都各有长处,可以单独使用,也可互相配合使用,应根据金属结构件腐蚀的具体情况加以选择应用。

六、结语
无论是进行金属结构的安全检测还是常规维护,都应对其腐蚀情况进行科学的检测。

通过对腐蚀类型分析和腐蚀数据处理,找出其主要腐蚀原因和腐蚀部位,并采用相应正确的防护方法加以保护,延长金属结构的使用寿命。