腐蚀测量及技术

腐蚀监测迄今为止，腐蚀科学还属于实验科学的范畴。大量的腐蚀规律都需要依靠实验数据来建立；许多腐蚀理论及模型也都最终经过实验验证。腐蚀监测和腐蚀试验的目在于获取腐蚀数据，研究腐蚀因素间相互关系，提示腐蚀机理和规律，了解防腐蚀措施的效果，为研究腐蚀提供重要和必不可少的基础。•在现场的腐蚀检测主要是跟踪测定一个系统或其中某部位的实际腐蚀，旨在取得其实际腐蚀状况和所采取防腐蚀措施效益方面的信息，它是一种科学测量。其基本准则是不能因测量装置、过程等而使被监测对象的原始状态遭受显著破坏。•另一类腐蚀检测是在室内模拟实际腐蚀过程，但需简化影响腐蚀的某些因素以便于实验进行和结果分析，有时则采用强化某腐蚀因素来加速腐蚀，缩短试验周期。只要试验设计合理，操作谨慎，实验结果是可以反映实际腐蚀过程的某些特征的。腐蚀监测方法分类◆常用腐蚀监测的方法可分为以下几种：直接观察法、无损检验法、在线监测法、腐蚀介质化学分析法、腐蚀产物分析法等。主要是用来直接测量作为腐蚀发生特征的某些量的变化，例如：形态、重量、电位、电阻或机械性能的变化。有时也采用测量引起腐蚀发生的主要腐蚀因素或腐蚀产物方面量的变化来间接确定腐蚀发展的程度。腐蚀监测常用技术的原理及特点腐蚀监测常用技术的原理及特点腐蚀研究中常用的物理方法★腐蚀试验方法分类一般可分为：实验室试验、现场试验和实物试验。腐蚀研究中常用的物理方法腐蚀损伤实例处理的工作程序目视法•原理：直接观察法是借肉眼或简单仪器、工具，来发现待检工件表面上存在的腐蚀、冲蚀、磨损、开裂等缺陷的检测方法•方法：靠肉眼观察记录，有时借助一个低倍数的放大镜（5-10倍），检查待检材料表面是否光滑、有无裂痕、有无腐蚀和点蚀、有无腐蚀产物，记录其大小、颜色形态、分布情况等。有时可用手锤击设备或管道，听声音检查或检查表面有无蚀坑。必要时还可取样品送室内作进一步分析。这种方法往往只能得到定性或半定量的结论。获得的结果和观察者的素质及训练程度有密切关系。为使结论具有可比性，常规定一些标准来统一衡量观察结果•优缺点：方法简便、直观。但监测的灵敏度不高，带有观察者的主观因素，只能获得定性或半定量的结果渗透检查法•原理：使用表面张力较小的液体渗透入工件表面缺陷中，然后在工件表面撒布多孔状具有吸附能力的白色粉末，将渗透液部分吸出•方法：将待检表面净化，去除氧化皮、锈层及油脂等残留物；将工件浸入渗透液或将渗透液涂（喷）撒于工件待测表面；擦净表面多余的渗透液；撒布一薄层有吸附能力的白色粉末（称为显色剂）；经过几秒至60min（视缺陷大小而定）后，在白色显色剂层中如发现渗透剂的痕迹，则表明该位置存在表面缺陷。渗透剂显示的开头及大小近似反应缺陷大小。•优缺点：使用简单，结果直观。但比较废时，灵敏度要大大高于目视法，尤其在检测表面裂纹时，因工作表面的裂纹一般较细，用肉眼或简单工具（放大镜、双目显微镜）常无法辨认，主要用于非铁磁性材料的表面检测漏磁检查法•原理：利用铁磁材料的导磁率与空气及非磁性夹杂物的导磁率不同的物性，当存在缺陷时，使磁力线的通过截面突然变化，其中一部分磁力线由材料中跑出。如果缺陷离表面较近而且与磁力线不平行的话，可以在表面上检测到漏磁信号•方法：工件磁化、漏磁显示•磁粉法：在磁化工件表面涂以可磁化的细粉（干粉或制成悬浮液），在漏磁处形成“粉末条带”，较实际裂纹缝隙宽数倍，易于识别。如粉末着色或发荧光时，检出效果更佳•磁针法：应用磁场敏感的半导体（霍尔元件）或磁场探针（福斯特探针或弱磁场强度测定仪）在工件表面无间隙地移动，可发现漏磁位置。对于剩磁强材料，实现与磁化分开的探针扫描，测量其漏磁量大小，可获得裂纹深度的信息•磁图像法：利用磁带作为中间储体，将空白磁带放置在被测工件表面，工件表面裂纹上的漏磁可记录到磁带上。在一定条件下，凭借磁带记录的漏磁量信号可推测裂纹的深度涡流检测法•原理：在具有一定导电率的工件上放置一检查线圈以产生交变磁场，它在工件内感生涡流，后者同样也产生一交变磁场。按照楞次定律，工件中产生的磁场与外磁场方向相反。材料中局部缺陷会影响次级涡流的作用范围。利用这个效应，通过检查这两个交互作用的磁场来发现材料内部的裂纹、鼓泡等腐蚀现象•方法：用触头式线圈或环形线圈检测系统，在任意一无缺陷的位置将阻抗调到某一零位。一旦线圈移到工件中有缺陷处，初级线圈在工件中产生的涡流就发生变化，使次级交变磁场也发生变化，反过来又影响到初级激励磁场，使事先调整好的阻抗零点发生位移。根据这种位移信号确定缺陷大小和位置•优缺点：方法简便，常用于储罐底板腐蚀检测，也用于测厚，需专用仪器和定标技术超声波检查法•超声波是一种频率高于20KHZ的，耳听不到的机械振动（音波）。用于材料检查的超声波频率在100KHZ到20MHZ。超声波检查适合所有的金属材料和非金属材料。前提是超声波在这些材料中能很好传播。材料中声波的传播速度是一种材料常数。超声波在材料中传播遇到缺陷，如：裂纹、气泡或其它不均匀相时，就会像遇到工件边界一样发生反射•测量装置：超声发生、接收器，耦合介质，显示器，检测能力和灵敏度•优缺点：回波法只需触及待测物的一面，比需要同时接触两面的透射法更方便使用。垂直入射超声波法主要检查薄板的分层、块料或锻件内部缺陷以及检修过程的质量控制。斜探头入射法主要适用于焊缝和管件检查射线透射检查法•原理：X射线和高能射线的波长很短(10-7~10-10cm)，具有穿透固体物质的能力。它们沿直线传播，传播速度约等于光速。和超声波不同，检查中一般无反射与折射，但会被材料吸收而发生衰减，材料密度和厚度越大，衰减程度越大。用灵敏检测器显示其衰减程度和获得被测物壁厚及内部缺陷方面的信息•设备装置：X射线发生器、高能射线源、接收（显示）装置•优缺点：射线透射检查法特别适宜检查和发现三维缺陷（如：气孔、缩孔、各类夹杂等）；对于二维缺陷，如裂纹及结合缺陷，只有当它们沿射线方向分布时才能显示。这种方法还可用来显示结瘤和堵赛，显示因腐蚀或磨损造成壁厚局部减薄（和原始图谱比较）。其结果直观，可靠，大量用于焊缝的质量检查。最新的发展中也用于检察管束装置中焊缝以及应力腐蚀等造成的损伤。不足之处是该方法需要昂贵的专用装置，防护上也有一等要求质量检测技术分类•材料腐蚀过程一般总是伴随着质量变化，对于金属材料而言，腐蚀过程就是金属原子转变成其氧化物的过程。因此，根据腐蚀后的质量变化可以判断腐蚀的发生量。质量法又分为：直接称重（增重法）和清洗后增重（失重法）两种。直接称重法•原理：直接测定腐蚀后试样的质量变化来确定其发生的腐蚀量。因为大多数腐蚀过程都伴随着质量增加，所以，有时此方法又俗称增重法。其实，并非所有的腐蚀过程都伴随质量增加。比如：金属在酸中的腐蚀溶出，随腐蚀发生，试样质量不断减轻。直接法的最大优点是不需要对试样进行任何处理，可以用来进行连续监测，比如，研究金属高温腐蚀所用的热天平就是采用这种原理：当试验金属丝在高温气氛中受腐蚀，表面形成氧化膜而不断增重，利用天平记录这种质量随时间的变化，就可以得到腐蚀过程氧化膜的生长规律•优缺点：直接法的优点是不需要去除腐蚀产物，可进行连续检测，如对高温气相环境中的腐蚀。但对腐蚀过程比较复杂，产物形式多样（如，钢铁在土壤中的腐蚀）情况，使用直接称重法效果不好，很难获得实际腐蚀的信息，此时采用“失重法”失重法•原理：腐蚀后的试样，通过一定方法除去其腐蚀产物后称重，和原始质量比较确定其失质量，并由此评定腐蚀量的方法，俗称失重法。是腐蚀实验中最常用的评定腐蚀的方法。它可以不必考虑腐蚀产物的结构、成分（许多情况下无法知道腐蚀产物的成分）。但在操作上多了一步除去腐蚀产物的步聚，所以，不象直接称重法那样可用于连续监测。•除去腐蚀产物的方法：机械法、电化学法和化学法等厚度检测技术的分类材料腐蚀过程除伴随质量变化外，另一个显著的变化是厚度的变化。因此，根据腐蚀过程的厚度变化也可用来判断腐蚀的发生量。厚度的变化有发生在整个面积上（均与腐蚀），也有只发生在局部区域上（点蚀等）。用于腐蚀检测中的厚度测量技术有直接测量（如：电涡流测厚及超声波测厚法）、腐蚀检测哨孔和利用厚度变化造成的其它效应来检测（如：热流检测法）等。直接测量的分类及原理•金属本体：一般采用超声波等技术测量。其原理是利用超声波在介质中传播速度是介质的特征常数，介质厚度和其传播时间成正比•涂层等：一般利用涡流、磁感应等原理检测涂层厚度•点蚀针孔等：一般用探针和千分表测点蚀，用电火花方法检查针孔超声波测厚技术•脉冲反射型超声波测厚原理是利用超声波在各种介质中的声速不同，但在同种介质中声速是常数的特性。所以被测物件的厚度和声波在其中的传播时间成正比。•测厚时要对被测表面作适当处理，涂耦合剂；用校正块进行材质的声速校正；测点应具代表性，每一部位应同时测量多点，取平均。•超声波仪器可测定的厚度有三种范围：4~10mm，10~25mm和25~60mm。仪器误差约为10%，适宜的测量温度为-5~+30℃(温度过高会使仪器中换能器的压电晶片失效)。涂层测厚技术点蚀深度的测量•金相法：从腐蚀试样上制备横切蚀孔的金相样品，用带标定刻度目镜的显微镜测量孔深。•微米规与深度计：用带有刚性细长探针的微米规或带尖针的深度计测定孔底部及边缘未腐蚀区的读数差，作为孔深。•机械切削法：选定一未腐蚀面为基准，用机械加工方法切削直至蚀孔消失。机床的行程表示孔深。•读数显微镜：将光学读数显微镜先聚焦在蚀孔边缘未腐蚀区读数，再聚焦在蚀孔底部，两次的读数差，作为孔深。腐蚀监测哨孔•原理：在装置设备上比较容易观察和处理的部位，以设备用的材质为材料，以所规定的厚度极限（一般取设备厚度减去腐蚀量的值）为标准，做成一定部件安装在设备上或旁路上，它的作用类似高压容器上的安全阀。当腐蚀发生造成的壁厚减薄使该哨孔部件出现泄漏或爆破时，可按事先做好的应急措施处理（如：加锥形销子临时封堵，或临时隔开处理）。此时人们可以知道设备受腐蚀的减薄情况，可做好检修准备。•优缺点：本方法适用于各种腐蚀作用和类型，尤其在系统内介质为气体或液体是更为适用。本方法操作容易、结果准确。但测试监控的时间比较长，变化速度较慢，变化过程无法详细了解。热流法•透热法：先在容器或管壁一侧均匀加热，在加热过程记录另一侧的温度变化。对相同材料而言，壁厚薄的地方相对应的另一侧处温度上升较快。若材料中有缺陷（如：裂纹或夹杂），其导热性比工件材料要差，使通过该处热流减慢。利用这种热流差别来发现壁厚的局部变化及内部缺陷。•散热法：先在一侧将容器加热，撤去热源，等待一定时间（散热）后，测定该表面的温度变化。这种变化在容器只有一侧可以接近，另一侧无法无法测量时非常实用。热流法测量装置•均匀热流：一般可用热水或蒸汽供热，也可用平面加热器或燃烧器照射，或装上暖气片供热。•温度指示：使用在一定温度下颜色突变的热色剂；使用其颜色随温度变化而发生可逆变化的胆固醇液晶；对大面积测量时，推荐用红外照相机（热成像照相机）。•优缺点：本方法在实验室条件下有较好的效果，对薄板材的内部缺陷有较高灵敏度。但检测腐蚀导致的壁厚差异需在面积较大、坑内又没有绝热腐蚀产物等充填时结果才较准确。本方法受大面积均匀加热及变化环境条件下记录温度等技术的限制，实际应用还只限于一些特殊场合。如：显示高温核反应堆防护墙耐热料衬里的损伤。腐蚀传感器（探头）技术•电阻式腐蚀探针•电池式腐蚀探头•极化阻力腐蚀探针•氢探针电阻式腐蚀探针•原理：电阻探针是利用金属试片随腐蚀过程的发展，截面减小，电阻增大的原理制度成的一种腐蚀传感器，利用输出电阻变化量来反映相应发生的腐蚀量。•探针结构：为了便于由电阻变化值计算腐蚀速度，一般采用带状或丝状的试片（电阻丝）。如，厚0.1mm，宽1.15mm的钢带或D0.1mm的钢丝。可取两根相同材质、形状和长度的电阻丝，串接成一个单臂电桥。其中一臂ＲＸ是测量试片，另一臂Ｒ０是补试片。补偿试片上涂有环氧树脂以防止其受到腐蚀。其作用是补偿温度变化对电阻的影响。当测量试片受腐蚀而电阻变大时，通过相应仪表（惠斯顿电桥或电位差计）测定其ＲＸ／ＲＯ比值