CN102967547B

CN102967547B - 一种钢结构全服役寿命周期内腐蚀速率的测量方法

Info

Publication number: CN102967547B
Application number: CN201210442835.3A
Authority: CN
Inventors: 黄海军; 陈川; 马坚; 揭敢新; 王俊; 赵钺; 张晓东
Original assignee: China National Electric Apparatus Research Institute Co Ltd
Current assignee: China National Electric Apparatus Research Institute Co Ltd
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2032-11-07
Also published as: CN102967547A

Abstract

本发明公开了一种钢结构全服役寿命周期内腐蚀速率的测量方法，包括（1）在待评估钢结构开始使用时，对待评估钢结构的至少一个部位进行现场无损超声波测厚；（2）选取至少一个与待评估钢结构材料和结构完全相同的钢结构挂片，在待评估钢结构服役初期，将钢结构挂片放置在待评估钢结构至少一个预计腐蚀严重的典型部位，并在钢结构挂片上进行部位标记，对钢结构挂片任一部位进行超声波厚度测量，测试部位的初始厚度值采用超声波测量，测量值记录为D’1’0；（3）测量计算钢结构挂片的腐蚀速率；（4）测量计算待评估钢结构的腐蚀速率。该测量方法在不破坏钢结构自身的情况下，可对钢结构全服役寿命周期内各个部位的腐蚀状态进行准确评估。

Description

一种钢结构全服役寿命周期内腐蚀速率的测量方法

技术领域

本发明涉及钢结构腐蚀速率的测量方法，具体是指一种钢结构全服役寿命周期内腐蚀速率的测量方法。

背景技术

钢结构在各种大气环境作用下发生的破坏和变质、遍及各个领域，给生产和生活带来经济等方面的损失，尤其需要注意的是，意外或过量的腐蚀常常容易导致钢结构发生各种事故，造成的直接损失和间接损失更为重大，严重时，还会危及生命安全。

针对上述情况，如何有效地掌握钢结构在全服役寿命周期内的腐蚀速率信息，确切地判断钢结构腐蚀速率，以科学合理开展针对性的预防或控制措施，显得尤为重要。在现有技术中，对钢结构直接进行切割取样分析，能为较为准确地掌握钢结构的腐蚀速率，但是却会对钢结构造成破坏。另外也可采用线性极化法、电阻法、挂片法、交流阻抗法等方法间接对产品或设备进行腐蚀速率测量，而单纯采用这些方法中某一种评估手段，很难准确且全面地掌握钢结构实际腐蚀状态信息。例如，通常采用的超声波测厚法常常因为腐蚀表面凹凸不平，且腐蚀层没有去除导致结果偏小。

因此，开展钢结构腐蚀速率测量，特别同时使用两种或两种以上的腐蚀状态综合测量方法研究，以更为准确地获取钢结构在全服役寿命周期内的腐蚀速率信息是十分有必要的工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种钢结构全服役寿命周期内腐蚀速率的测量方法，在不破坏钢结构自身的情况下，可对钢结构全服役寿命周期内各个部位的腐蚀状态进行准确评估，评估对象可包括钢结构和易发生腐蚀的焊接部位。

本发明的上述目的通过如下技术方案来实现的：一种钢结构全服役寿命周期内腐蚀速率的测量方法，该方法包括如下步骤：

（1）在待评估钢结构开始使用时，对待评估钢结构的至少一个部位进行现场无损超声波测厚，记录测量部位的厚度初始值并且取平均值，以进行待评估钢结构腐蚀速率分析，选取超声波测厚的测量时间间隔为一年，超声波测量所得的厚度值记录为T_1’n，其中n为待评估钢结构的服役年数；

（2）选取至少一个与待评估钢结构材料和结构完全相同的钢结构挂片，该钢结构挂片的厚度为D₁”，若待评估钢结构有焊接则选择与待评估钢结构焊接结构相同的有焊缝的钢结构挂片；在待评估钢结构服役初期，将钢结构挂片放置在待评估钢结构至少一个预计腐蚀严重的典型部位，并在钢结构挂片上进行部位标记，开始三年每年取一次样进行分析，以后每三年进行一次取样分析；对钢结构挂片任一部位进行超声波厚度测量，所述的钢结构挂片任一部位称之为测试部位，将超声波测量所得的厚度值记录为D’_1’n，其中n为测试部位的测试年数，D’_1’n为测试部位服役n年的厚度值，测试部位的初始厚度值采用超声波测量，测量值记录为D’_1’0；

（3）测量计算钢结构挂片的腐蚀速率：

（31）测试部位带有腐蚀产物层所测量的第n年的年平均腐蚀速率如下：v’_1’n=D’_1’(n-1)-D’_1’n（n≤3）；v’_1’n≈v’_1’3（3<n<6）；v’_1’n≈(D’_{1’([n/3]*3-3)}-D’_{1’([n/3]*3)})/3(n≥6)；其中，v’_1’n表示测试部位带有腐蚀产物挂片第n年的年平均腐蚀速率，D’_1’(n-1)为测试部位带有腐蚀产物挂片第n-1年的测量厚度，D’_1’n为测试部位带有腐蚀产物挂片第n年的测量厚度，D’_{1’([n/3]*3-3)}为测试部位带有腐蚀产物挂片第[n/3]*3-3年的测量厚度，D’_{1’([n/3]*3)}为测试部位带有腐蚀产物挂片第[n/3]*3-3年的测量厚度，n为年数；

（32）对测试部位进行处理，将测试部位的腐蚀产物层去除后对相同的部位再次进行超声波厚度测量，记录厚度为D”_1’n；计算可得：当n≤3时，测试部位的第n年的年平均腐蚀速率v”_1’n=D”_1’(n-1)-D”_1’n；当3<n<6，v”_1’n≈v”_1’3；当n≥6时，测试部位的年平均腐蚀速率v”_1’n≈(D”_{1’([n/3]*3-3)}-D”_{1’([n/3]*3)})/3；其中，v”_1’n表示测试部位去除腐蚀产物挂片第n年的年平均腐蚀速率，D”_1’(n-1)为测试部位去除腐蚀产物挂片第n-1年的测量厚度，D”_1’n为测试部位去除腐蚀产物挂片第n年的测量厚度，D”_{1’([n/3]*3-3)}为测试部位去除腐蚀产物挂片第[n/3]*3-3年的测量厚度，D”_{1’([n/3]*3)}为测试部位去除腐蚀产物挂片第[n/3]*3-3年的测量厚度，n为年数；

（4）测量计算待评估钢结构的腐蚀速率：根据钢结构挂片超声波测厚结果，计算与该钢结构挂片所对应的待评估钢结构的现场无损超声波检测得的腐蚀速率，计算结果得出：对于待评估钢结构部位，在服役寿命周期内，经校正后的现场无损超声波检测第n年的年平均腐蚀速率v_1’n＝(T_1’(n-1)-T_1’n)+(v”_1’n-v’_1’n)，其中，v_1’n为待评估钢结构第n年的腐蚀速率，T_1’n为待评估钢结构第n年的厚度，v’_1’n为测试部位挂件未去除腐蚀层测量的第n年腐蚀速率，v”_1’n为测试部位挂件去除腐蚀层后测量的第n年腐蚀速率，n为年数。

本发明中，所述步骤（2）中在待评估钢结构服役初期，将钢结构挂片放置在待评估钢结构至少一个预计腐蚀严重的典型部位中的典型部位包括钢结构焊接区、钢结构与液体接触区、海上钢结构的海水飞溅区。

本发明中，所述步骤（32）中对测试部位进行处理，将腐蚀产物层去除的具体去除步骤为：在500mL密度为1.19g/mL的盐酸溶液中中添加3.5g六甲基次胺，然后加水稀释至1000ml，在室温下用该溶液清洗钢结构挂片部位1’的表面，清洗时间为10min。

本发明中，该方法能够对待评估钢结构的多个点进行多次测量。

本发明的方法三个关键环节如下：

1）现场无损超声波测厚

采用便携式无损检测设备超声波测厚仪，用探头可对钢结构多个部位的厚度进行测量，在钢结构预期服役寿命周期内，对钢结构一年一次进行厚度测量，并将每年的无损检测结果记录进行统计，根据不同部位厚度的减少量全面统计钢结构的腐蚀速率，同时也可以定期跟踪掌握钢结构的腐蚀状况。用无损检测的方法，可在不对钢结构进行破坏，保持原样的基础上直接对钢结构全服役寿命周期内腐蚀速率进行测量，但是测量并不十分准确，只能根据统计数据大概估算出钢结构的腐蚀速率。

2）现场挂片试验

所采用的挂片的材料、组织状态和表面状态应与实际钢结构相同。另外，为准确修正钢结构焊接部位的腐蚀速率，可制作若干由相同焊接工艺焊接的挂片，上述挂片的厚度应与实际钢结构厚度相同，比表面积也应尽可能地大。在待评估钢构件服役环境下（待评估钢结构附近）进行挂片试验，时间与预期剩余服役寿命一致，试验初始阶段，可每一年取一次样进行分析，试验三年后，可每三年进行一次取样分析，以定期跟踪掌握钢结构在全服役寿命周期内的腐蚀速率。同时也可以对不同年限下的挂片进行表面形貌观察、腐蚀产物分析、腐蚀产物能谱分析、以及腐蚀速率、蚀坑深度等测量。现场挂片试验是一种间接获取钢结构腐蚀速率的手段，可以测量钢结构平均腐蚀速率，了解局部腐蚀情况，并可分析和预估钢结构腐蚀行为，但由于受到挂片数量和试验场地的限制，往往难于全面评估钢结构整体腐蚀情况。

3）腐蚀速率测量与修正

对挂片使用超声波测厚仪进行厚度测量，并校准钢结构现场超声波厚度测量，从而得到更可靠的钢结构的腐蚀速率数据，同时也可以利用挂片试验进行腐蚀类型与腐蚀原因的分析，对钢结构全服役周期内的腐蚀速率有更深入地了解。

与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果：

⑴本发明中可以直接简便的对钢结构全服役周期内腐蚀速率进行测量，并对钢结构不造成破坏。

⑵本发明中对钢结构全服役寿命周期内腐蚀速率的测量与钢结构实际服役寿命周期内环境腐蚀条件相符，能较准确的对钢结构服役寿命周期内的腐蚀速率进行测量，弥补了现有方法单一、不准确、不全面等不足。

⑶本发明的操作方便、简单易行，在试验过程中可以选择钢结构及钢结构焊接区的任意位置进行及时测量，以满足同一钢结构不同部位在环境影响下全服役寿命周期内腐蚀速率的测量。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明中现场钢结构挂片试验通用的挂片示意图；

图2是本发明中现场钢结构挂片试验中带有焊缝的挂片示意图。

具体实施方式

一种钢结构全服役寿命周期内腐蚀速率的测量方法，包括如下步骤：

在全寿命周期初对海南琼海某海边钢结构大气区部位1’进行现场无损超声波测厚，取平均值并记录厚度初始值T_1’0=3.016mm，超声波测厚通常测量时间间隔为1年并记录为T_1’n，其中n为钢结构服役年数，测量得T _1’1=2.991mm，T_1’2=2.976mm，T _1’3=2.962mm，T _1’4=2.943mm，T _1’5=2.927mm，T _1’6=2.906mm，T_1’7=2.888mm，T _1’8=2.866mm。

选择与待评估钢结构部位1’相同材料A3钢且厚度相近为D_1’0=3.005mm的钢结构挂片，若钢结构有焊接则选择与钢结构焊接工艺相同的有焊缝的挂片。在钢结构服役初期，将挂片放置在待评估钢结构部位1’附近，钢结构部位1’可以为任一部位，如钢结构焊接区、钢结构与液体接触区或海上钢结构的海水飞溅区，每三年进行一次取样，其中开始三年由于腐蚀速率较快，可每年取一次样进行分析。对钢结构部位1’处挂片进行超声波厚度测量并记录为D’_1’n，其中n为挂片测试年数，测量得D’_1’1=2.984mm，D’_1’2=2.970mm，D’_1’3=2.951mm，D’_1’6=2.905mm。

钢结构部位1’处的挂片不去除腐蚀产物层所测量的第n年年平均腐蚀速率根据公式v’_1’n＝D’_1’(n-1)-D’_1’n （n≤3）；v’_1’n≈v’_1’3（3<n<6）；v’_1’n≈(D’_1’ _([n/3]*3-3)-D’_{1’([n/3]*3)})/3(n≥6)计算得，v’_1’1=0.021mm/a，v’_1’2=0.019mm/a，v’_1’3=0.019mm/a，v’_1’4≈v’_1’5≈0.019mm/a，v’_1’6≈v’_1’7≈v’_1’8≈0.015mm/0a。

将腐蚀产物层去除后对挂片再次进行超声波厚度测量，记录厚度为D”_1’n，其中n为挂片测试年数，将腐蚀产物层去除的具体去除步骤为：在500mL密度为1.19g/mL的盐酸溶液中中添加3.5g六甲基次胺，然后加水稀释至1000ml，在室温下用该溶液清洗钢结构挂片部位1’的表面，清洗时间为10min，测量得D”_1’1=2.980mm，D”_1’2=2.959mm，D”_1’3=2.937mm，D”_1’6=2.876mm。计算可得，当n≤3时，钢结构部位1’处的挂片第n年的年平均腐蚀速率根据公式v”_1’n=D”_1’(n-1)-D”_1’n计算得v”_1’1=0.025mm/a，v”_1’2=0.021mm/a，v”_1’3=0.022mm/a；当3<n<6，根据公式v”_1’n≈v”_1’3计算得v”_1’4≈v”_1’5≈0.022mm/a；当n≥6时，挂片的年平均腐蚀速率根据公式v”_1’n≈(D”_{1’([n/3]*3-3)}-D”_{1’([n/3]*3)})/3计算得v”_1’6≈v”_1’7≈v”_1’8≈0.020mm/a。

根据挂片超声波测厚结果，校正钢结构相同或接近部位处现场无损超声波检测得的腐蚀速率，使其得到的腐蚀速率更加可靠，接近于去掉腐蚀层所测量出的腐蚀速率。计算方法如下，例如：对于钢结构部位1’，在服役寿命周期内，经校正后的现场无损超声波检测第n年平均腐蚀速率v_1’n=(T_1’(n-1)-T_1’n)+(v”_1’n-v’_1’n)。，本案例中钢结构部位1’处各年平均腐蚀速率分别为v_1’1=0.029mm/a，v_1’2=0.017mm/a，v_1’3=0.017mm/a，v_1’4=0.022mm/a，v_1’5=0.019mm/a，v_1’6=0.024mm/a，v_1’7=0.023mm/a，v_1’6=0.027mm/a。

本发明腐蚀速率的测量方法不但可以根据挂片试验校正超声无损测厚所得出的腐蚀速率测试结果外，还可以根据挂片试验了解钢结构寿命周期内的其他腐蚀状况，例如：通过失重法计算挂片腐蚀速率；通过金相显微镜和扫描电镜分析挂片腐蚀产物，以及点蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀开裂等局部腐蚀情况。将现场挂片试验所得结果与现场无损检测结果进行综合分析后，可及时准确的评估钢结构全服役寿命周期内腐蚀情况等。同时该方法还能够对待评估钢结构的多个点进行多次测量

本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种钢结构全服役寿命周期内腐蚀速率的测量方法，该方法包括如下步骤：

(1)在待评估钢结构开始使用时，对待评估钢结构的至少一个部位进行现场无损超声波测厚，记录测量部位的厚度初始值并且取平均值，以进行待评估钢结构腐蚀速率分析，选取超声波测厚的测量时间间隔为一年，超声波测量所得的厚度值记录为T_1n，其中n为待评估钢结构的服役年数；

(2)选取至少一个与待评估钢结构材料和结构完全相同的钢结构挂片，该钢结构挂片的厚度为D₁’，若待评估钢结构有焊接则选择与待评估钢结构焊接结构相同的有焊缝的钢结构挂片；在待评估钢结构服役初期，将钢结构挂片放置在待评估钢结构至少一个预计腐蚀严重的典型部位，并在钢结构挂片上进行部位标记，开始三年每年取一次样进行分析，以后每三年进行一次取样分析；对钢结构挂片任一部位进行超声波厚度测量，所述的钢结构挂片任一部位称之为测试部位，将超声波测量所得的厚度值记录为D’_1’n，其中n为测试部位的测试年数，D’_1’n为测试部位服役n年的厚度值，测试部位的初始厚度值采用超声波测量，测量值记录为D’_1’0；

(3)测量计算钢结构挂片的腐蚀速率：

(31)测试部位带有腐蚀产物层所测量的第n年的年平均腐蚀速率如下：v’_1’n＝D’_1’(n-1)-D’_1’n(n≤3)；v’_1’n≈v’_1’3(3<n<6)；v’_1’n≈(D’_{1’([n/3]*3-3)-}D’_{1’([n/3]*3)})/3(n≥6)；其中，v’_1’n表示测试部位带有腐蚀产物挂片第n年的年平均腐蚀速率，D’_1’(n-1)为测试部位带有腐蚀产物挂片第n-1年的测量厚度，D’_1’n为测试部位带有腐蚀产物挂片第n年的测量厚度，D’_{1’([n/3]*3-3)}为测试部位带有腐蚀产物挂片第[n/3]*3-3年的测量厚度，D’_{1’([n/3]*3)}为测试部位带有腐蚀产物挂片第[n/3]*3-3年的测量厚度，n为年数；

(32)对测试部位进行处理，将测试部位的腐蚀产物层去除后对相同的部位再次进行超声波厚度测量，记录厚度为D’’_1’n；计算可得：当n≤3时，测试部位的第n年的年平均腐蚀速率v’’_1’n＝D’’_1’(n-1)-D’’_1’n；当3<n<6，v’’_1’n≈v’’_1’3；当n≥6时，测试部位的年平均腐蚀速率v’’_1’n≈(D’’_{1’([n/3]*3-3)-}D’’_{1’([n/3]*3)})/3；其中，v’’_1’n表示测试部位去除腐蚀产物挂片第n年的年平均腐蚀速率，D’’_1’(n-1)为测试部位去除腐蚀产物挂片第n-1年的测量厚度，D’’_1’n为测试部位去除腐蚀产物挂片第n年的测量厚度，D’’_{1’([n/3]*3-3)}为测试部位去除腐蚀产物挂片第[n/3]*3-3年的测量厚度，D’’_{1’([n/3]*3)}为测试部位去除腐蚀产物挂片第[n/3]*3-3年的测量厚度，n为年数；

(4)测量计算待评估钢结构的腐蚀速率：根据钢结构挂片超声波测厚结果，计算与该钢结构挂片所对应的待评估钢结构的现场无损超声波检测得的腐蚀速率，计算结果得出：对于待评估钢结构部位，在服役寿命周期内，经校正后的现场无损超声波检测第n年的年平均腐蚀速率v_1’n＝(T_1’(n-1)-T_1’n)+(v’’_1’n-v’_1’n)，其中，v_1’n为待评估钢结构第n年的腐蚀速率，T_1’n为待评估钢结构第n年的厚度，v’_1’n为测试部位挂件未去除腐蚀层测量的第n年腐蚀速率，v’’_1’n为测试部位挂件去除腐蚀层后测量的第n年腐蚀速率，n为年数。

2.根据权利要求1所述的钢结构全服役寿命周期内腐蚀速率的测量方法，其特征在于：所述步骤(2)中在待评估钢结构服役初期，将钢结构挂片放置在待评估钢结构至少一个预计腐蚀严重的典型部位中的典型部位包括钢结构焊接区、海上钢结构的海水飞溅区。

3.根据权利要求1所述的钢结构全服役寿命周期内腐蚀速率的测量方法，其特征在于：所述步骤(32)中对测试部位进行处理，将腐蚀产物层去除的具体去除步骤为：在500mL密度为1.19g/mL的盐酸溶液中添加3.5g六甲基次胺，然后加水稀释至1000ml，在室温下用该溶液清洗测试部位的表面，清洗时间为10min。

4.根据权利要求1所述的钢结构全服役寿命周期内腐蚀速率的测量方法，其特征在于：该方法能够对待评估钢结构的多个点进行多次测量。