Материалы лекций №№ 2.4., 2.5., 2.6., 2.7. и 2.8.

Материалы лекций №№ 2.4., 2.5., 2.6., 2.7. и 2.8.

Испытания на действие климатических и биологических факторов внешней среды.

*****

Некоторые особенности проведения испытаний в климатических камерах. Теплообмен в испытательных камерах и его особенности. Взаимосвязь параметров газовой среды испытательного стенда и процессы их регулирования. Классификация климатических испытательных камер и их основные параметры. Испытания на действие повышенной температуры окружающей среды. Цели, задачи и требования к испытаниям на действие повышенной температуры окружающей среды. Методы создания среды с повышенной температурой. Средства измерения температуры среды испытательной камеры. Методы проведения испытаний на действие повышенной температуры окружающей среды. Испытания на действие пониженной температуры окружающей среды и ее изменений. Цель испытаний на действие пониженной температуры окружающей среды. Методы создания среды с соответствующими параметрами. Средства измерения температуры среды испытательной камеры. Методы проведения испытаний на действие пониженной температуры окружающей среды. Цели, задачи и требования к испытаниям на действие изменения температуры окружающей среды. Методы реализации среды с заданным законом изменения температуры. Методы проведения испытаний на действие изменения температуры окружающей среды. Испытания на действие дождя и повышенной влажности окружающей среды. Цели, и задачи испытаний на действие конденсированных осадков и повышенной влажности окружающей среды. Методы создания среды с повышенной влажностью. Некоторые специфические параметры среды в камерах влажности. Способы создания среды с повышенной влажностью. Средства измерения влажности газа. Методы проведения испытаний на действие повышенной влажности окружающей среды. Условия испытаний на воздействие воды. Оборудование для воспроизведения воздействий потоков воды и ее капель. Методы проведения испытаний на действие воды. Испытания на воздействие коррозии и биологических факторов. Характеристики коррозионного воздействия и виды испытаний на воздействие коррозионно-активных агентов. Условия испытаний на воздействие среды с коррозионно-активными составляющими. Оборудование для создания среды с соответствующими параметрами. Средства и особенности измерений и контроля параметров коррозионно-активных сред. Методы проведения испытаний на воздействие процессов коррозии. Условия испытаний на воздействие биологических факторов. Оборудование для создания соответственных сред для нормального развития биологических агентов необходимых для проведения испытаний. Методы проведения испытаний на воздействие действие плесневых грибов.

Приложения. П1. Температурные воздействия. Воздействие повышенной температуры. Воздействие пониженной температуры. Воздействие смены температуры. П2.Воздействие влаги, и конденсирующихся осадков на материалы и устройства энергетических систем. П3. Воздействие биологических факторов. П4. Воздействие атмосферы с коррозионно-активными агентами на материалы и системы энергетических установок. Классификации коррозионных процессов. Химическая коррозия. Электрохимическая коррозия металлов. Влияние структуры металла и наличия в нем механических напряжений на процесс коррозии. Влияние кислотности и температуры среды на характер процессов при коррозии. Атмосферная коррозия.

*****

Некоторые особенности проведения испытаний в климатических камерах

Испытания на действие повышенной температуры окружающей среды.

2.4-8.2.1. Цели, задачи и требования к испытаниям на действие повышенной температуры окружающей среды

Повышение температуры изделий происходит под воздействием внешних и внутренних факторов , причем это воздействие может быть непрерывным (стационарным), периодическим и апериодическим.

Действие внешних факторов определяется климатическими условиями, местом установки (на самолете, корабле, автомобиле и т. д.) и назначением изделия. Климатические условия характеризуются, в частности, температурой окружающей среды и интенсивностью солнечной радиации, которые могут изменяться в широких пределах. Температура и скорость нагрева изделий под действием солнечной радиации зависят от размеров и цвета поверхности изделий, теплопроводности и теплоемкости материалов конструкций изделий. Указанные факторы определяют предельную температуру нагрева , по достижении которой поверхность изделий начинает переизлучать принятую теплоту. В зависимости от места установки изделий на температуру и скорость нагрева может оказывать влияние скорость ветра. Действие внутренних факторов определяется схемой и конструкцией изделия.

Непрерывному тепловому воздействию подвергаются изделия, эксплуатирующиеся или хранящиеся в стационарных температурных условиях (например, в помещении).

Периодическому тепловому воздействию подвергаются транспортируемые изделия или изделия, эксплуатируемые на открытом воздухе. Такой вид воздействия связан с быстрыми изменениями условий эксплуатации (взлет и посадка самолета, работа в полевых условиях и т. д.), а также при суточном изменении температуры (циклическое воздействие температуры). Периодические изменения температуры приводят к многократным деформациям различных элементов. Причем интенсивность воздействия тем больше, чем больше перепад между повышенной и пониженной температурами, а также чем больше скорость и частота их изменений. Для изделий, эксплуатирующихся в наземных условиях на открытом воздухе, перепады температуры за время их прогрева могут превышать 60 °С. Продолжительность прогрева зависит от назначения изделия и его схемно-конструкторского решения и колеблется в диапазоне 10 мин... 3 ч. При эксплуатации изделий авиационной техники перепады температуры могут достигать 80 °С при скорости изменения температуры до 50 °С·мин^–1.

Апериодическому тепловому воздействию подвергаются изделия, устанавливаемые на ракетах (в моменты запуска и вхождения в плотные слои атмосферы) и в ряде других случаев. Резкое изменение температуры может приводить к внезапному возникновению отказов, вызванному изменением электрофизических, физико-химических и механических свойств материалов и элементов.

Таким образом, повышение температуры изделий при эксплуатации, хранении и транспортировании может вызывать появление постепенных и внезапных отказов изделий. Поскольку повышение температуры происходит под воздействием внешних и внутренних факторов, то важное значение приобретает состояние изделия . Состояние изделия определяется тем, является ли оно тепловыделяющим (теплорассеивающими) или нетепловыделяющими (нетеплорассеивающим). Температура тепловыделяющего изделия зависит не только от условий окружающей среды, но и от количества рассеиваемой им теплоты, что следует учитывать при испытаниях.

 

Испытания на действие пониженной температуры окружающей среды и ее изменений

2.4-8.3.1. Цель испытаний на действие пониженной температуры окружающей среды

Понижение температуры изделий в основном происходит под воздействием внешних факторов, которым изделия могут подвергаться в процессах эксплуатации, хранения и транспортирования.

Испытаниям на воздействие пониженной температуры подвергаются как тепловыделяющие, так и нетепловыделяющие изделия. Целью испытаний является определение пригодности изделий к эксплуатации, транспортированию или хранению при воздействии пониженной температуры. В условиях воздействия пониженной температуры, а также после пребывания в указанных условиях проводят проверку значений параметров и (или) внешнего вида изделий для установления их соответствия требованиям НТД.

 

Испытания на действие дождя и повышенной влажности окружающей среды

П4.3. Химическая коррозия

Химическая коррозия является гетерогенной химической реакцией и наблюдается, в частности, при действии на металлы сухих газов, содержащихся в воздухе.

Химическая коррозия металлов возникает в агрессивных средах, не проводящих электрического тока, например, при повышении температуры в газовых средах (в воздухе, парах воды, и т. п.), при взаимодействии со многими органическими веществами (смазочными материалами, органическими растворителями и т. п.).

Первопричиной химической коррозии металлов является возможность самопроизвольного перехода металлов в более устойчивое окисленное (ионное) состояние в результате следующего процесса:

Металл + Окислительный компонент среды = Продукт реакции.

Наиболее распространенным процессом газовой коррозии металлов является реакция окисления металла кислородом, в результате которой металл покрывается пленкой окисла.

Взаимодействие металлов с коррозионной средой проявляется в адсорбции окислительного компонента среды ( O₂, H₂O, CO₂, SO₂ и Cl₂; ) поверхностью металла. В ряде случаев пленка продуктов коррозии образуется на металле с самоторможением во времени, поскольку многие пленки обладают защитными свойствами.

Пленки продуктов коррозии на металлах принято подразделять на три группы:

1. тонкие (невидимые), толщина которых составляет 0, 5…40 нм;

2. средние (дающие цвета побежалости), толщина которых - 40...500 нм;

3. толстые (видимые), толщиной свыше 500 нм (например, окалина на стали).

Защитные свойства пленки оценивают по скорости окисления металла и по характеру изменения этой скорости во времени.

Химическая коррозия металлов существенно зависит от внешних факторов, определяемых составом коррозионной среды и условиями коррозии (температурой, давлением, скоростью движения среды и т. д.) и внутренних факторов, определяемых видом металла, сплава или покрытия, характером обработки поверхности и т. д.

На скорость процессов химической коррозии металлов значительно влияет температура, с повышением которой до 500...1000°С процессы окисления металлов протекают значительно быстрее. Скорость окисления металлов определяется температурной зависимостью константы скорости химической реакции k, описываемой законом Аррениуса

где А - постоянная, определяемая свойствами металла и коррозионной среды; Q - энергия активации химической реакции или диффузии; R – универсальная газовая постоянная; Т - абсолютная температура.

Величины А и Q определяются опытным путем. Установлено, что попеременный нагрев и охлаждение также увеличивают скорость окисления металлов. При этом, например, в защитной окисной пленке железа и сталей, вследствие термических напряжений, возникают трещины, и она может отслаиваться от металла. Большое влияние на скорость коррозии оказывает и состав газовой среды. Никель и его сплавы подвержены влиянию коррозии в атмосфере SO₂; и относительно устойчивы в среде O₂, H₂O и CO₂;. Медь быстро коррозирует в атмосфере O₂, но устойчива в атмосфере CO₂; и т. д.

Существенное влияние на процесс ускорения химической коррозии оказывает увеличение давления окисляющих газов. Однако этот процесс в значительной степени зависит от состояния поверхности металла и от температуры среды.

П4.7. Атмосферная коррозия

Атмосферная коррозия является наиболее вероятным воздействием для различных изделий. Она может быть мокрой, влажной и сухой в зависимости от механизма и скорости коррозии, определяемых степенью увлажненности поверхности коррозирующих металлов (рисунок П4.4.). Мокрая атмосферная коррозия (область III) характеризуется наличием на поверхности металла видимой пленки влаги ( h = 1 мкм...1 мм), которая может образоваться при 100%-ной относительной влажности воздуха при капельной конденсации влаги на поверхности металла, а также, при непосредственном попадании влаги на металл.

Влажная атмосферная коррозия (область ІІ) характеризуется наличием на поверхности металла тончайшей, невидимой пленки влаги ( h = 10...100 нм), образующейся в результате капиллярной, адсорбционной или химической конденсации при относительной влажности воздуха, меньшей 100%.

Сухая атмосферная коррозия (область I) характеризуется практически полным отсутствием пленки влаги ( h = 1...10 нм) на поверхности металла.

Механизм сухой коррозии заключается в том, что молекулы газа ударяются о поверхность металла и, в зависимости от природы поверхностного слоя, адсорбируются им. При этом ионы газа вступают в химическую реакцию с ионами металла. Интенсивность процесса и, соответственно. Предельная толщина пленок зависят от вида металла конструкции, температуры поверхности и состава атмосферы.

При полном погружении в электролит (область IV) процесс коррозии протекает наиболее интенсивно ( h > 1мм).

Скорость атмосферной коррозии металлов определяется следующими основными факторами:

Ø влажностью воздуха,

Ø температурой воздуха,

Ø примесями в воздухе,

Ø географическими условиями и т. д.

Одним из главных факторов является относительная влажность воздуха, увеличение которой приводит к возрастанию скорости электрохимической коррозии. Скорость коррозии многих металлов резко увеличивается при достижении так называемой критической относительной влажности, при которой в результате конденсации на поверхности металла появляется сплошная пленка влаги. Значение критической относительной влажности существенно зависит от состояния поверхности металла и состава атмосферы (таблица П4.3.).

Повышение температуры при постоянной абсолютной влажности воздуха (т. е. содержании водяных паров) приводит к уменьшению его относительной влажности и соответственно конденсации влаги на поверхности металла, а, следовательно, к уменьшению скорости атмосферной коррозии металлов. При понижении температуры облегчается конденсация влаги на поверхности, затрудняется испарение пленки и ускоряется процесс коррозии.

Для оборудования, расположенного на открытом воздухе, характерно, что дождь и ветер замедляют процесс коррозии, а туман и испарения ее ускоряют. Дождь очищает поверхность от загрязнений, а туман способствует осаждению загрязнений на поверхности металла. Ветер обеспечивает более быстрое удаление влаги, а испарения способствуют перемещению электролита, уменьшению диффузного слоя и ускорению кислородной деполяризации. Ускорение процесса коррозии может происходить и при таянии загрязненного снега.

На скорость атмосферной коррозии большое влияние оказывают газообразные примеси к составу воздуха (S0₂, S0₃, H₂S, NНз, Cl₂, HCI), попадающие в пленку влаги на поверхности коррозирующего металла. Они увеличивают ее электропроводность и гигроскопичность продуктов коррозии. Крометого, скорость атмосферной коррозии зависит от твердых частиц [коррозионных адсорбентов NaCI, NaS0₄, (NH₄)₂SO₄], попадающих на коррозирующую поверхность и вызывающих коррозию, а также облегчающих адсорбцию различных газов и влаги. Наличие инертных твердых частиц, например, песка, облегчает капиллярную конденсацию.

Следует отметить, что действие соли морского тумана распространяется до высоты 500 м на расстояние до 20 км внутрь материка.

В настоящее время скорость атмосферной коррозии зависит не только от географических условий места, но и от индустриальных воздействий, приводящих к сильному загрязнению атмосферы. Возможно появление сероводорода в атмосфере и за счет таких природных явлений, как выделение сероводорода при восстановлении бактериями сульфидов в растениях, почве, стоячей воде и останках животных. Окисляясь в атмосфере, он образует двуокись серы, которая попадает на землю вместе с дождем. В городских зонах двуокись серы выделяется в атмосферу при сгорании твердых видов топлива, и ее содержание может быть в 10... 1000 раз больше, чем сероводорода. Однако, при равной концентрации этих двух веществ сероводород более коррозионно-активен, особенно в отношении серебра и меди. Наряду с природными процессами, промышленные процессы, имеющие место на нефтеочистительных, химических и газовых предприятиях, приводят к концентрации сероводорода в атмосфере от 1 до 30 частей на миллиард частей (по объему) воздуха совместно с содержащимся в нем водяным паром.

Корабельная и некоторые другие виды аппаратуры специального назначения могут эксплуатироваться непосредственно в водной среде или подвергаться кратковременным погружениям в воду. Скорость коррозии в таких случаях зависит от вида металла конструкции, свойств и состава воды, от содержания в ней растительных и животным организмов, от ее температуры, от периодичности и длительности воздействия воды.

Коррозия в дождевой и в пресной воде рек и озер при нормальной температуре зависит главным образом от концентрации растворенного в ней кислорода. Процесс коррозии идет до тех пор, пока не будет израсходован весь содержащийся в воде кислород. Наличие в морской воде и в почвенных водах бактерий, восстанавливающих сернокислотные соли, приводит к коррозии металлов в отсутствие кислорода. Не смотря на то, что в различных морях и океанах Земли вода отличается по своему составу, т. е. по температуре, солености и микрофауне, коррозия металлов и сплавов проходит в среднем везде почти одинаковой.

Материалы лекций №№ 2.4., 2.5., 2.6., 2.7. и 2.8.

12345678910Следующая ⇒

Поделиться: