4. Соединение металлических деталей и их защита от коррозии

Любое механическое оборудование состоит из нескольких соеди­ненных между собой деталей. Например, считается, что судовой дизель состоит из более чем 10000 деталей. Соединение двух металлических деталей может производиться при помощи заклепок, болтов или сваркой (соединения заклёпочные, болтовые и сварные или паянные). Каждый способ соединения деталей имеет свои преимущества и недостатки и применяется с учетом условий последующей экс­плуатации детали и ее конструктивного исполнения.

При пайке различных металлов применяются различные при­пои. Металлические припои имеют точку плавления ниже, чем у соединяемых металлов. Пастообразные припои концентрируют тепло в месте пайки, т. е. в месте, где находится расплавленный металл. После охлаждения металлы оказываются спаянными.

Для соединения металлов сваркой их подгоняют и прижимают один к другому с большим усилием. Кроме того, для достижения высоких температур, при которых возможна сварка, необходимо нагреть металл газовым факелом или электрической дугой. Свар­кой обычно соединяют одинаковые металлы.

Газовой сваркой называют процесс получения неразъемных соединений, при котором для нагрева кромок соединяемых деталей используют теплоту факельного сгорания ацетилена и кислорода. Дуговой сваркой называют процесс, когда для расплавления кро­мок используется электрическая дуга. Наиболее часто при дуговой сварке электрическая дуга возникает между сварочным электро­дом и деталью. Под воздействием электрической дуги происходит местный нагрев кромок свариваемых деталей, их оплавление и сварка (соединение) при охлаждении. Дуговой разряд возможен только при определенных соотношениях между напряжением и силой тока. С помощью сварочного трансформатора регулируется сила тока в зависимости от толщины свариваемого металла. Для сварки применяют электрод из родственного металла, покрытый слоем флюса для защиты зоны сварки от воздействия воздуха.

Коррозия. Коррозия — это разрушение металла в результате химической или электрохимической реакции, которая возникает при определенных условиях. Благодаря знанию физической сущ­ности протекающих при коррозии процессов можно замедлить или предотвратить разрушение металла.

Во время коррозии чугун и сталь (черные металлы) окисляются и приобретают свое химически устойчивое окисленное состояние. Это окисление или ржавление может возникнуть везде, где имеется кислород и влага. Причем дальнейшее окисление у многих металлов продолжается уже под образовавшейся окисной пленкой. Некоторые металлы имеют пассивную окисную пленку, но если она нарушена, то коррозия продолжается дальше. К таким металлам относятся алюминий и хром. Для предотвращения коррозии на поверхность металлов наносят слой защитного покрытия, в качестве которого применяется другой металл, например олово или цинк, или используются краски, или наносится слой пластика.

Процесс электрохимической коррозии протекает обычно между двумя разнородными металлами, которые находятся в электролите (токопроводящей жидкости). Электрический ток между двумя металлами будет протекать до тех пор, пока имеется разность по­тенциалов. Проходя через электролит, ток переносит металл с анода (положительного электрода) к катоду (отрицательному электроду). При этом образуется коррозионная или гальваниче­ская раковина, из-за чего возникает необходимость принятия мер защиты против электрохимической коррозии. Коррозионные рако­вины могут возникать между соприкасающимися частями некото­рых металлов. В результате появляются точечные раковины, или выкрашивания, т. е. возникает эффект, который называют питтинг-коррозия. При длительном воздействии в результате точечной кор­розии образовываются раковины, из-за которых могут возникнуть аварийные повреждения деталей. Это является результатом про­никающей коррозии. Такое явление иногда называют фреттинг-коррозией, которая часто наблюдается в болтовых соединениях малоподвижных крупногабаритных деталей судовых машин (Примечание автора). Для предупреждения электрохимической кор­розии применяют систему протекторной защиты. Влияние питтинг-коррозии и проникающей коррозии может быть уменьшено путем подбора соответствующих металлов, например можно использо­вать медные сплавы или наносить защитные покрытия.

Эрозия — это точечное выкрашивание металла в результате абразивного (механическое изнашивание) или гидравлического износа (эрозионные разрушения). Так, например, из-за воздействия морской воды могут происходить эрозионные разру­шения материалов. При этом с увеличением скорости течения воды уменьшается опасность возникновения и развития питтинг-коррозии, но увеличивается общая возможность разрушения поверх­ности даже для сплавов на основе меди. Там, где на поверхности имеются неровности и шероховатости, образуются турбулентные завихрения и из-за воздействия воды возникают эрозионные раз­рушения поверхности металла. Это явление часто проявляется при прохождении воды через трубные доски теплообменных аппаратов. При тщательном выборе материалов можно уменьшить влияние эрозии.

Катодная защита. Благодаря катодной защите можно резко уменьшить или полностью устранить разрушение металла. Это достигается установкой протекторов или применением обратных по току электрических систем. В протекторной защите в качестве активных разрушающихся анодов используются такие металлы, как алюминий, цинк, которые, будучи установленными на основ­ном металле и являясь более активными, будут разрушаться в первую очередь. Системы токовой компенсации получают питание от корабельной силовой сети и включают в конструкцию схемы постоянный анод, выполненный из сплавов, обладающих большим коррозионным сопротивлением, например из платинированного титана.

Цинковые или алюминиевые протекторы, выполненные в виде блоков или плит, плотно крепятся к стали или к чугуну. В про­цессе эксплуатации необходимо следить за состоянием протектор­ной защиты, обеспечивая плотное соединение протектора с основ­ным металлом, который не должен закрашиваться или перекры­ваться другими частями. Метод токовой компенсации практически невозможно использовать для защиты главных и вспомогательных машин, т. е. там, где изменяется подача забортной воды, так как в этом случае возникает проблема постоянного регулирования тока и напряжения в защитной цепи. Однако этот метод часто используется для защиты от коррозии наружного корпуса.

© Кривощеков В.Е., 2008