Материала протектора

От предельного изгибающего момента Мпр, отвечающего развитому пластическому течению и неспособности соединения при этом воспринимать дальнейшую нагрузку, следует отличать предельный разрушающий момент М , при котором происходит нарушение сплошности материала (образование микротрещин и т. д.) вследствие исчерпания ресурса пластичности материала прослойки Л^ Так как ресурс пластичности является функцией показателя жесткости напряженного состояния П ( П = а0/Т— отношение шаровой части тензора напряжений к девиаторной /11/), с повышением уровня нормальных напряжений растяжения в прослойке повышается показатель жесткости напряженного состояния и падает ресурс пластичности мягкого металла Л . Уровень нормальных напряжений в прослойке возрастает с уменьшением ее относительной толщины ае, следовательно и предельный разрушающий момент Мр будет зависеть от геометрических параметров мягкой прослойки. Основные соотношения для его определения приве-деныв /12/.

От предельного изгибающего момента Мпр, отвечающего развитому пластическому течению и неспособности соединения при этом воспринимать дальнейшую нагрузку, следует отличать предельный разрушающий момент М_, при котором происходит нарушение сплошности материала (образование микротрещин и т. д.) вследствие исчерпания ресурса пластичности материала прослойки Л^. Так как ресурс пластичности является функцией показателя жесткости напряженного состояния П ( П = а0/Г— отношение шаровой части тензора напряжений к девиаторной /11/), с повышением уровня нормальных напряжений растяжения в прослойке повышается показатель жесткости напряженного состояния и падает ресурс пластичности мягкого металла Лр. Уровень нормальных напряжений в прослойке возрастает с уменьшением ее относительной толщины аг, следовательно и предельный разрушающий момент Мр будет зависеть от геометрических параметров мягкой прослойки. Основные соотношения для его определения приведены в /12/.

Химически стойкие замазки применяют в качестве материала прослойки и заполнения швов в футеровочных покрытиях, химически стойкие мастики и полимеррастворы — для устройства монолитных

Для пайки медных проводов применяют легкоплавкие припои; оловянносвинцовые, свинцовые и кадмиевые; для пайки алюминиевых проводов — оловянноцинковые, кадмиевоцинковые и цинковые. Осн. требования, предъявляемые к паяным соединениям проводов,— достаточно высокая коррозионная стойкость, электропроводность и жаропрочность. Соединения медных проводов, паянные оловянносвинцовыми припоями (ПОСЗО, ПОС40, реже ПОС18), имеют удовлетворит, коррозионную стойкость и работают при темп-pax до ~100°; выполненные свинцовосеребряными припоями (ПСрЗ, ПСр2,5), жаропрочны до 200—250°; при темп-рах Г2г200° наиболее жаропрочны соединения, выполненные кадмиевыми припоями (ПСрЗКд и др.). Свинцовые и кадмиевые припои отличаются более низкими технологическими св-вами, чем оловянносвинцовые. Смачиваемость, растекае-мость, затекание в зазор припоев типа ПСрЗ неск. улучшаются при легировании оловом (припой ПСр2,5). Кадмиевые припои склонны к сильному окислению и заметному растворению меди, а также к образованию по границе шва и осн. материала прослойки хрупких интерметалли-дов, ослабляющих спай. Поэтому при пайке

Эффективность «контактного упрочнения» в случае стыкового соединения стержней возрастает с уменьшением отношения ширины шва (толщины мягкой прослойки) к диаметру стержня. В результате нормальные напряжения в прослойке могут значительно превысить предел прочности ее материала, определенный при свободной деформации. Для вязкого разрушения соединения по мягкой прослойке получена зависимость прочности соединения от механических свойств материала прослойки и ее размеров:

где 0™, ев — соответственно предел прочности и относительное удлинение материала прослойки в исходном состоянии; и — отношение ширины шва (толщины прослойки) к диаметру стержня.

Основанием для такого приема является экспериментально установленный факт, что во всех, даже достаточно тонких, прослойках при вязком их разрушении наблюдаются вполне ощутимые пластические деформации, т.е. материал получает определенный наклеп. Деформациям, заметно меньшим е,\ например, е' (рисунок 4.18), отвечают напряжения, достаточно близкие к о-;. Кроме того, при переходе ко все более тонким прослойкам уменьшение роли физического упрочнения во все большей степени компенсируется эффектом скоростного упрочнения материала прослойки, так как скорость деформирования (при испытании) прослойки все в большей степени превышает скорость деформирования всего образца.

Если материал наиболее, протяженной зоны соединений (основного металла) имеет предел текучести заметно более низкий, чем предел прочности материала прослойки, и к тому же обладает малым модулем физического упрочнения, то создаются условия, при которых незначительное увеличение прочности металла мягкой прослойки приведет к весьма существенному увеличению пластичности и энергоемкости всего соединения за счет большего развития в основном металле пластических деформаций к моменту разрушения соединения.

Влияние относительной толщины мягкой прослойки х и запаса вязкости ее материала R<, / crT было уже рассмотрено. Влияние температуры и скорости деформирования прослойки определяется тем, что с понижением первой и повышением второй предел текучести материала прослойки возрастает, а сопротивление отрыву практически можно считать не меняющимся. Поэтому имеет место уменьшение отношения Rtf / от, что будет отвечать расширению области значений X, где происходит хрупкое разрушение прослойки.

Можно видеть, что чем тоньше прослойка, т.е. чем меньше %, тем сильнее эффект повышения трещиностойкости мягких и снижения трещиностойкости твердых прослоек. Эти результаты получены для случая плоской деформации. Подобные зависимости имеют место и для плоско-напряженного состояния. Интересно отметить, что определяющим в этих зависимостях является отношение модулей упругости основного материала и материала прослойки. Изменение отношений коэффициентов Пуассона этих материалов в диапазоне 0,5 ...

Для пайки медных проводов применяют легкоплавкие припои: оловянносвинцовые, свинцовые и кадмиевые; для пайки алюминиевых проводов — оловянноцинковые, кадмиевоцинковые и цинковые. Осн. требования, предъявляемые к паяным соединениям проводов,— достаточно высокая коррозионная стойкость, электропроводность и жаропрочность. Соединения медных проводов, паянные оловянносвинцовыми припоями (ПОС30, ПОС40, реже ПОС18), имеют удовлетворит, коррозионную стойкость и работают^при темп-pax до ~100°; выполненные свинцовосеребряными припоями (ПСрЗ, ПСр2,5), жаропрочны до 200—250°; при теми-рах ^200° наиболее жаропрочны соединения, выполненные кадмиевыми припоями (ПСрЗКд и др.). Свинцовые и кадмиевые припои отличаются более низкими технологическими св-вами, чем оловянносвинцовые. Смачиваемость, растекае-мость, затекание в зазор припоев тина ПСрЗ неск. улучшаются при легировании оловом (припой ПСр2,5). Кадмиевые припои склонны it сильному окислению и заметному растворению меди, а также к образованию по границе шва и осн. материала прослойки хрупких интерметалли-дов, ослабляющих сдай. Поэтому при пайке

Эффективных результатов по уменьшению склонности металлов к растрескиванию в случае применения протекторной защиты можно достигнуть правильным выбором материала протектора. Так, для защиты аустенитных сталей наилучшими протекторами являются цинк, алюминий, кадмий и некоторые углеродистые стали; для защиты латуней — цинк и кадмий.

Ра - удельное электрическое сопротивление материала протектора, Ом-м;

В качестве материала протектора в прямых совмещенных преобразователях используют минералокерамику (бериллий, твердые износостойкие сплавы и др.). Протекторы из этих материалов обладают высокой износостойкостью, но не обеспечивают стабильности акустического контакта при контроле изделий с различной шероховатостью поверхности. Так, при Rz = 0,63 ... 320 мкм амплитуда отраженного от дна сигнала может изменяться на 20 дБ. В связи с этим широко применяют полимерные пленки из эластичного материала, например полиуретана. Такой протектор, обладая большим коэффициентом поглощения ультразвука, обеспечивает хорошее гашение многократных отражений. Он может легко деформироваться и в определенной мере облегать неровности поверхности изделия, что также благоприятствует стабильности акустического контакта. Колебания амплитуды не превышают 5 дБ. На практике толщину таких протекторов выбирают равной 0,2 ... 1,0 мм. Так как акустические сопротивления полиуретана и пьезоэлемента сильно различаются, между ними помещают согласующие слои, улучшающие прохождение ультразвуком этой границы. Эти слои в серийных ПЭП выполняют из эпоксидной смолы с вольфрамовым наполнителем, наносимой непосредственно на пьезоэлемент.

Возможности применения протекторов (гальванических анодов) в отличие от анодных заземлителей (анодов с наложением тока от постороннего источника) ограничиваются их химическими свойствами. Стационарный потенциал материала протектора в среде должен быть достаточно отрицательным по отношению к защитному потенциалу защищаемого материала, чтобы можно было обеспечить достаточное напряжение для получения защитного тока. Согласно пояснениям к рис. 2.5, между стационарным и равновесным потенциалами металла нет взаимосвязи. Это объясняет различные изменения значений потенциалов в ряду стандартных потенциалов и стационарных потенциалов на рис. 7.1. В целом различия в стационарных потенциалах у металлов получаются меньшими. Кроме того, все стационарные потенциалы зависят также и от среды (см. табл. 2.4). Температура тоже оказывает на них влияние. В частности, потенциал цинка в различных водах с повышением температуры становится более положительным вследствие образования поверхностного слоя.

Другим свойством протектора как анода в коррозионном элементе является эквивалентность между нагрузкой и массой, согласно уравнению (2.5). Этот показатель называется токоотдачей. Он получается тем выше, чем меньше атомная масса и чем выше валентность металла протектора. Для оценки практической пригодности теоретическая токоотдача сама по себе не является определяющей, поскольку под анодной нагрузкой большинство материалов протекторов обеспечивает не теоретическую, а меньшую токоотдачу. Разность между теоретической и фактической токоотдачей (выход по току) соответствует собственной коррозии самого материала протектора. Ее причиной являются катодные побочные реакции или анодная реакция, протекающая иногда с аномальной валентностью ионов металла протектора (см. раздел 7.1.1).

Полная или частичная катодная защита (кормы и носа) достигается соответствующим размещением протекторов, так чтобы сохранялось желательное распределение тока на рассматриваемом участке судна. Протекторы отдают в зависимости от их размеров и действующего напряжения некоторый наибольший ток, определяемый главным образом электропроводностью воды. Наибольший ток, рассчитанный по напряжению и сопротивлению растеканию согласно формуле (7.14), на практике снижается вследствие образования защитного слоя и возникновения сопротивлений поляризации на работающих протекторах; этот эффект зависит от материала протектора, от среды и от времени или от условий эксплуатации. Поэтому понятно, что указываемые изготовителями наибольшие значения тока для конкретной среды на практике могут подвергнуться изменениям. При проектировании необходимо учитывать, чтобы достигались и общий ток, и требуемая плотность защитного тока или протяженность зоны защиты. В начале эксплуатации покрытия еще имеют высокое электросопротивление и низкую степень поврежденное™. В таком случае протяженность зоны защиты [по формуле (2.44)] получается большой, а требуемый защитный ток малым. В ходе эксплуатации электросопротивление покрытия снижается, вследствие чего не только возрастает требуемый защитный ток, но и уменьшается протяженность зоны защиты. Особое внимание нужно обращать и на то, что при уменьшении проводимости воды, например в портах, протяженность зоны защиты [по формуле (2.44)] уменьшается. Если временно защитный потенциал не везде будет достигнут, то большой опасности коррозии все же не возникнет, потому что катодная защита обычно подавляет действие коррозионных элементов. О зависимости скорости коррозии (по съему материала) от потенциала имеются данные на рис. 2.9.

где: ая - масса протектора, кг; щп - к. п. д. протектора (определяется в зависимости от анодной плотности тока по графику на рис. 18); г\и = 0.95 - коэффициент использования протектора; q - теоретический электрохимический эквивалент материала протектора, кг/(Л • год); 1п - сила тока в цепи протекторной установки, А.

Необходимо отметить, что скорость растворения протектора при циклическом деформировании образцов примерно в 10 раз выше, чем в том случае, если к детали не приложены нагрузки [20]. В качестве материала протектора можно использовать любой металл, который имеет электродный потенциал более отрицательный, чем защищаемая деталь, однако чаще всего для углеродистых сталей применяют цинк, магний, алюминий или их сплавы.

2. В целях обеспечения безопасной эксплуатации электрозащищенных трубопроводных систем и других подземных металлоконструкций исследовать возможность применения минералосодержащих компонентов отвала горнорудного комбината в качестве активирующей составляющей материала протектора для повышения эффективности протекторной защиты.

Для увеличения эффективности действия протекторной защиты трубопроводных систем и других металлоконструкций исследована возможность использования минералосодержащих компонентов отвала Башкирского медно-серного комбината (БМСК) в качестве активирующей составляющей материала протектора.

Как видно из таблицы 4.2, все реакции сопровождаются выделением свободных электронов. Электродные процессы, имеющие отрицательный потенциал, способствуют увеличению токотдачи протектора, а положительный потенциал - уменьшению скорости саморастворения материала протектора. Сочетание этих двух явлений увеличивает эффективность работы протектора.