КОРРОЗИОННЫЕ СВОЙСТВА КЛЕЕСВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Коррозионная стойкость клеесварных конструкций

Современные изделия с клеесварными конструкциями эксплуатируются в различных климатических зонах в течение длительного времени (10-30 лет). Поэтому очень важными факторами, определяющими их эксплуатационную долговечность, являются стабильность адгезионных и когезионных свойств клеевой прослойки и коррозионная стойкость соединений.

В процессе эксплуатации клеесварных конструкций под действием различных факторов, а именно вибрации, коррозионно-агрессивных сред, термоциклирования, взаимодействия с кислородом воздуха, радиации и ультрафиолетового облучения, происходит старение клеевой прослойки, снижение адгезии на границе раздела клей-металл и проникновение коррозионно-агрессивных сред под нахлестку соединения. Все это приводит к снижению прочностных показателей клеесварных конструкций и к коррозионным поражениям под нахлесткой.

Ранее [22, 44] считали, что решающим фактором, определяющим

„4

снижение прочностных свойств клеевой прослойки в клеесварных соединениях, является химическая деструкция клея вследствие термоокислительных реакций с кислородом воздуха. В других работах [14, 47] отмечено, что снижение прочности клеевой прослойки вызывают переменные термоусталостные напряжения, возникновение которых объясняется разностью коэффициентов линейного расширения клеевой прослойки и металла, а также усадкой клея при его отверждении.

Однако результаты исследований [9, 60, 82] показали, что большинство клеев особенно на эпоксидной основе обладают очень высокой устойчивостью к термоциклированию и длительной выдержке при повышенных температурах, т. е. стойки к термоокислительной деструкции.

В последнее время в ряде работ показано, что из всех факторов, действующих на соединения в процессе эксплуатации, наибольшее влияние на прочность и коррозионную стойкость оказывает коррозионная среда. В реальных условиях эксплуатации окружающая среда обычно представляет собой растворенные в воде вещества различных солей, диссоциация которых на ионы делает эти растворы агрессивными в коррозионном отношении.

В связи с изложенным интерес представляют исследования влияния различных коррозионных сред на прочностные и коррозионные свойства клеесварных соединений для определения механизма возникновения коррозионных поражений и разработки способов стабилизации прочностных свойств.

Опыт эксплуатации показал, что в ряде случаев в изделиях с клеесварными конструкциями наблюдается интенсивная коррозия [47, 48, 51]. В связи с этим исследовали коррозионную стойкость клеесварных конструкций с различными системами защитных покрытий. Определяли влияние метода введения клея, особенности постановки контрольных заклепок и типа применяемой системы защитных лакокрасочных покрытий на коррозионную стойкость соединения. Использовали образцы из сплава Д16Т толщиной 1,5 мм двух типов: 1) две пластины из листа размером 100x30 мм сварены встык с накладкой в виде профиля (уголок) размерами 60x15 мм; 2) лист размером 300X100 мм, по центру которого приварен прессованный профиль (уголок) длиной 300 мм и шириной полки 15 мм. Шаг точек 30 мм. Образцы сваривали на машине МТН-75. Диаметр литого ядра в пределах 5,5-6,2 мм. Использовали метод химической подготовки поверхности под сварку. На одной части образцов клей вводили до сварки, а на другой - после сварки. Применяли клеи ВК-1МС, К-4С, КЛН-1 и КВС-4. В ряде образцов искусственно создавали непроклеи площадью до 50% поверхности нахлестки. После сварки и введения клея на образцах второго типа ставили контрольные заклепки - две по концам и одну в центре.

Применяли следующие системы защитных лакокрасочных покрытий: № 1 - грунты ВЛ-02 и ФЛ-086; № 2 - грунты ВЛ-02, ФЛ-086 и эмаль Э-5; № 3 - грунт АГ-10с и эмаль ХВ-132; № 4 - грунты ВЛ-02, ФЛ-086, эмаль ХВ-132 и лак ХСЛ; № 5 - грунты ВЛ-02, ФЛ-086, эмаль Э-5, грунт АГ-За (2% алюминиевой пудры) и эмаль ХВ-6; № 6 - грунты ВЛ-02. ФЛ-086, эмаль Э-5, герметик УЗОмэсб, грунт АГ-За, эмаль ХВ-16 и лак ХСЛ. После нанесения покрытий одну часть образцов выдерживали в различных климатических зонах нашей страны, а именно в районах субтропиков, Крайнего Севера и средней полосы в течение 1, 5, 7 и 10 лет. Это так называемые длительные натурные испытания. Другую часть образцов испытывали на специальной установке, обеспечивающей периодическое погружение их в 3%-ный раствор NaCl с последующей сушкой. Цикл испытания - 20 мин в растворе, 40 мин сушка при комнатной температуре. Испытания при периодическом погружении проводили в течение 1, 2, 3 и 4 лет (образцы с покрытием № 2). Это длительные испытания в агрессивной среде. Кроме этого, проводили ускоренные коррозионные испытания в воде и в 3%-ном растворе NaCl в течение 30, 60 и 90 суток. После испытаний образцы вскрывали путем высверливания сварных точек. Критерием оценки служило наличие или отсутствие коррозии в нахлесточных соединениях и степень коррозионных поражений.

На образцах без защитных покрытий через 5-7 лет выдержки в различных климатических районах страны отмечаются интенсивные коррозионные поражения под нахлесткой (для клеев ВК-1МС, К-4С и КЛН-1). На клеесварных образцах без покрытия с клеем КВС-4 при выдержке до 7 лет коррозионных поражений не обнаружено (табл. 7.1).

На образцах с защитными лакокрасочными покрытиями № 1, 2, 3 и 4 при выдержке до 10 лет отмечаются коррозионные поражения, причем наиболее сильные поражения после выдержки в районе Крайнего Севера. Следовательно, не все системы покрытий могут обеспечить надежную защиту клеесварных конструкций от коррозионных поражений. Только применение очень сложных, усиленных систем покрытий № 5 и 6 гарантирует полную защиту от коррозии при выдержке до 10 лет.

В табл. 7.2 приведены результаты коррозионных испытаний образцов на установке при периодическом погружении в 3%-ный раствор NaCl. На образцах с клеями ВК-1МС и К-4С без покрытия уже через 1 год появляется сильная коррозия под нахлесткой, а через 2 года - на поверхности листа в местах отпечатков от электродов. На образцах с клеями ВК-1МС и К-4С и лакокрасочным покрытием № 2 через 3 года испытаний по всей ширине нахлестки отмечается интенсивная коррозия.

С учетом данных ряда работ [49, 69] можно считать, что коррозионное поражение вызывает диффузионное проникновение молекул агрессивной среды в нахлесточное соединение. При этом разрушаются адгезионные связи клея с металлом в результате адсорбционного замещения связи клей-металла на связь металл-вода (или любая другая агрессивная среда). При разъеме соединений обнаружено, что коррозионная среда проникла только по линии раздела клей-поверхность плакированного листа. Следовательно, клеевая прослойка отстает от листа, а не от полки профиля. Причем в нахлесточном соединении коррозионные поражения отмечаются, как правило, только на поверхности листа.

Таблица 7.1

Результаты длительных натурных коррозионных испытаний клеесварных соединений в различных климатических зонах

Марка

Система по-

Состояние поверхности под нахлесткой после выдержки, годы

клея

крытия

Субтропики

Крайний Север

Средняя полоса

1

5

10

1

5

10

1

5

10

Без покрытия

Н

н

с

н

к

п

О

н

с

№ 1

О

О

к

О

н

к

О

О

к

ВК-1МС

№2

О

О

к

О

н

к

О

О

н

№3

О

О

к

О

н

к

О

О

к

№4

О

О

н

О

О

н

О

О

н

№5

О

О

О

О

О

О

О

О

О

№6

О

О

О

О

О

О

О

О

О

КЛН-1

№2

О

О

к

О

н

к

О

н

к

№6

О

О

О

О

О

О

О

О

О

№ 1

О

О

н

О

н

к

О

О

н

К-4С

№2

О

О

н

О

О

к

О

О

О

№6

О

О

О

О

О

О

О

О

О

КВС-4

Без покрытия

О

О

О

О

О

н

О

О

н

№ 1

О

О

О

О

О

О

О

О

О

Примечание: О - полное отсутствие коррозионных поражений под нахлесткой; Н - незначительные коррозионные поражения (5-10% площади нахлестки); К - коррозионные поражения (20-50% площади нахлестки); С - интенсивная коррозия под нахлесткой (100% площади нахлестки); П - выход коррозионных поражений на поверхность в местах отпечатков от электродов.

Результаты длительных коррозионных испытаний клеесварных соединений с клеем ВК-1МС при периодическом погружении в 3%-ный раствор NaCl___

Таблица 7.2

Нанесение

клея

Заполнение нахлестки клеем, %

Постановка заклепок

Система покрытия

Состояние поверхности под нахлесткой после выдержки, годы

1

2

3

4

До сварки

100

До отверждения клея

Без покрытия

Н-К

с-п

п

п

После сварки

100

Н-К

с-п

п

п

После сварки

90-95

До отверждения клея

С покрытием №2

О

н

к-с

с

50-70

о-н

к

с-п

п

90-95

После отверждения клея

О

Н-К

к-с

с-п

100

До отверждения клея

О

н

к-с

с

100

После отверждения

О

Н-К

к-с

с-п

До сварки

100

До отверждения клея

С покрытием №2

О

н

к-с

с

100

После отверждения

О

н

к-с

с

Примечания: 1. Условные обозначение по табл. 8.1.

2. Образцы из сплава Д16Т, лист + профиль толщиной 1,2 + 1,5 мм.

На образцах, выполненных методами сварки по клею и капиллярного введения клея после сварки (с непроклеями менее 10%), после четырех лет испытаний наблюдается равномерная коррозия по всей поверхности нахлесточного соединения. На образцах с непроклеями до 30- 50% отмечается резко неравномерная коррозия. В местах отпечатков от электродов появляются коррозионные поражения в виде колец (рис. 7.1), что объясняется пониженной коррозионной стойкостью зоны термического влияния и спецификой теплоотвода при контактной точечной сварке. При кратковременном нагреве сплавов типа Д16Т исчезают структурные изменения, появившиеся при старении сплава (так называемая термическая обработка на возврат), и резко снижается их коррозионная стойкость. При контактной точечной сварке зона распределения наибольших деформаций в металле и возможно поле тока на поверхности контакта электрод-деталь имеют вид кольца. При совместном действии этих двух факторов коррозионные поражения на поверхности листа приобретают форму кольца. В месте выхода коррозионных поражений на поверхность листа продукты коррозии, образовавшиеся под нахлесткой, расклинивают соединение, в результате профиль отстает от листа.

При внешнем осмотре образцов после испытаний по всему периметру клеевых валиков обнаружены трещины, которые облегчают проникновение коррозионной среды в нахлесточное соединение. Трещины располагаются поперек клеевого валика. На отдельных участках произошло полное отставание клеевого валика от листа. Чем больше валик, тем больше на нем трещин. Растрескивание валика происходит в результате его набухания под действием коррозионной среды. (Тематическое давление при набухании достаточно для растрескивания клеевого валика. Поэтому надо стремиться обеспечить минимальные размеры клеевых валиков или удалять их совсем. Рекомендации по удалению клеевых валиков приведены в работе [49].

Коррозионные поражения клеесварных соединений из сплава Д16Т в местах отпечатков от электродов. Периодическое погружение в 3%-ный раствор NaCl в течение четырех лет

Рис. 7.1. Коррозионные поражения клеесварных соединений из сплава Д16Т в местах отпечатков от электродов. Периодическое погружение в 3%-ный раствор NaCl в течение четырех лет: а - начало коррозии на поверхности; б - развитие коррозии на поверхности

Согласно данным табл. 7.2 коррозионная стойкость клеесварных соединений не зависит от метода их изготовления, а именно сварки по клею или введения клея после сварки. Этот вывод особо важен, так как в работе [44] утверждается, что коррозионная стойкость соединений в значительной степени определяется методом изготовления.

На образцах, выполненных методом введения клея после сварки, с непроклеями менее 10% площади нахлестки, непосредственно в местах непроклеев коррозионных поражений не наблюдается. Поверхность непроклеев в этом случае, как правило, чистая и блестящая, в то время как окружающая непроклеи поверхность имеет равномерную коррозию. На образцах с непроклеями до 25-50% в местах непроклеев отмечается интенсивная коррозия как со стороны листа, так и со стороны профиля. Такое положение, по-видимому, объясняется тем, что при отсутствии непроклеев или при их величине менее 10%, коррозионная среда медленно и равномерно проникает под нахлестку. Механизм проникновения - только диффузионный. В случае больших непроклеев (30-50%) коррозионная среда относительно быстро и неравномерно проникает под нахлестку. Механизм проникновения уже диффузионный и капиллярный.

Момент постановки контрольных заклепок (до или после отверждения) влияет на коррозионную стойкость клеесварных соединений (см. табл. 7.2). При постановке заклепок после отверждения клея наблюдается растрескивание его в непосредственной близости от места постановки заклепки и, как следствие, снижение коррозионной стойкости. Поэтому контрольные заклепки следует ставить только до отверждения клеевой прослойки в клеесварном соединении.

Большинство применяемых систем лакокрасочных покрытий обладает определенной проницаемостью, обусловленной истинной или структурной пористостью (см. табл. 7.2). Поэтому необходимо всегда считаться с тем, что вода или другие агрессивные жидкости могут проникать через пленку защитных покрытий и вызывать коррозионные поражения. По-видимому, никакие лакокрасочные покрытия не могут в принципе полностью защитить от коррозии, и действие их заключается только в торможении коррозии.

При погружении образцов в 3%-ный раствор NaCl резко ускоряется разрушение защитных лакокрасочных покрытий и облегчается проникновение коррозионной среды под нахлестку по сравнению с длительными натурными испытаниями. Согласно данным табл. 7.1 и

7.2 установлено, что результаты испытаний с периодическим погружением в 3%-ный раствор NaCl в течение одного года по уровню коррозионных поражений аналогичны результатам, полученным после натурной выдержки образцов в различных климатических зонах страны в течение 5-7 лет. Таким образом, результаты, приведенные в табл. 7.2, по-видимому, можно распространить на натурные изделия со сроком эксплуатации в районах с субтропическим климатом и на Крайнем Севере в течение 25-30 лет.

 
Посмотреть оригинал