RU2734884C1 - Method and device for protection against electrochemical corrosion of welded metal structure - Google Patents

Method and device for protection against electrochemical corrosion of welded metal structure Download PDF

Info

Publication number
RU2734884C1
RU2734884C1 RU2019126546A RU2019126546A RU2734884C1 RU 2734884 C1 RU2734884 C1 RU 2734884C1 RU 2019126546 A RU2019126546 A RU 2019126546A RU 2019126546 A RU2019126546 A RU 2019126546A RU 2734884 C1 RU2734884 C1 RU 2734884C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
workpieces
workpiece
potential
metal structure
reference electrode
Prior art date
Application number
RU2019126546A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Иванович Веревкин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Калининградский государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Калининградский государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Калининградский государственный технический университет"
Priority to RU2019126546A priority Critical patent/RU2734884C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2734884C1 publication Critical patent/RU2734884C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/23Arc welding or cutting taking account of the properties of the materials to be welded
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23FNON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F13/00Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Resistance Welding (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: invention can be used in production and repair of sheet, shell, tank, tube, as well as housing, grate and other metal structures, resistant to electrochemical corrosion and made from interchangeable blanks with close thicknesses and physical and chemical properties. Independently one measures own potential of each workpiece by means of portable electric measuring device and portable reference electrode. Each billet is heated to preset temperature at measurement point. Potential difference is measured in contact of each billet with reference electrode. To the measured potential difference, the known potential of the reference electrode is added at ambient temperature T0, thereby determining the intrinsic potential of each i-th billet at the specified temperature of workpiece heating Tsp(i). Then workpieces are ranked by value of own potential in decreasing row, by which during assembly of metal structure as difference of own potentials of contacting workpieces, maximum values of thermoelectromotive force in this contact of workpieces are found. On their basis during assembly, billets are arranged on object so that on average throughout metal structure to minimize differences of measured potentials between all pairs of adjacent billets.
EFFECT: disclosed is a method of protection against electrochemical corrosion of a welded metal structure.
2 cl, 2 dwg, 3 ex

Description

Изобретение относится к способам повышения стойкости к электрохимической коррозии изготавливаемой сварной металлоконструкции из взаимозаменяемых заготовок, и может быть использовано на этапе сборки полотнищ обшивок судов, резервуаров и трубопроводов различного назначения, стойких к электрохимической коррозии.The invention relates to methods for increasing the resistance to electrochemical corrosion of a welded metal structure made from interchangeable workpieces, and can be used at the stage of assembling sheathing panels of ships, tanks and pipelines for various purposes, resistant to electrochemical corrosion.

Известен способ контроля режима работы систем протекторной защиты стальных корпусов кораблей и судов [1], включающий периодическое измерение потенциала корпуса защищаемого объекта в контрольных точках по длине корпуса с помощью переносного электроизмерительного прибора и переносного электрода сравнения. Одновременно в контрольных точках измеряют силу тока в электрической измерительной цепи, образованной корпусом судна, электроизмерительным прибором, присоединенным к корпусу, переносным электродом, подключенным к электроизмерительному прибору, и водой. Далее результаты измерений потенциалов и токов в контрольных точках сравнивают с их допустимыми значениями, оценивая состояние протекторов, лакокрасочного покрытия и водонепроницаемости корпуса судна.There is a method of monitoring the operating mode of protective systems for steel hulls of ships and vessels [1], including periodic measurement of the potential of the hull of the protected object at control points along the length of the hull using a portable electrical measuring device and a portable reference electrode. At the same time, at the control points, the amperage is measured in the electrical measuring circuit formed by the hull of the ship, an electrical measuring device connected to the hull, a portable electrode connected to the electrical measuring device, and water. Further, the results of measuring the potentials and currents at the control points are compared with their permissible values, assessing the condition of the protectors, paintwork and water resistance of the ship's hull.

Недостатки:Disadvantages:

- способ относится к средствам оперативного контроля систем фактической защиты стальных корпусов кораблей и судов от коррозии, и может быть использован на действующем судне при сдаче его в эксплуатацию, а также для оперативного контроля режима работы систем защиты судна от коррозии в процессе их эксплуатации. На этапе же сборки стальных корпусов и других металлоконструкций, когда основные сварные швы, протекторная и изолирующая защита еще отсутствуют, указанные средства контроля защиты не применимы;- the method relates to the means of operational control of systems for the actual protection of steel hulls of ships and vessels from corrosion, and can be used on an operating vessel when it is put into operation, as well as for operational control of the operating mode of the vessel's corrosion protection systems during their operation. At the stage of assembling steel hulls and other metal structures, when the main welds, tread and insulating protection are not yet available, the indicated protection controls are not applicable;

- измерение силы тока в контрольных точках в электрической измерительной цепи, образованной корпусом судна, электроизмерительным прибором, присоединенным к корпусу, переносным электродом сравнения, подключенным к электроизмерительному прибору, и водой на этапе сборки металлоконструкции невозможно. Это связано с отсутствием на момент сборки металлоконструкции цельного корпуса судна и отсутствием его контакта с водой.- measurement of the current strength at the control points in the electrical measuring circuit formed by the hull of the ship, an electrical measuring device connected to the hull, a portable reference electrode connected to the electrical measuring device, and water at the stage of assembling the metal structure is impossible. This is due to the absence at the time of assembly of the metal structure of the vessel's one-piece hull and the absence of its contact with water.

Известен способ контроля режима работы систем протекторной защиты стальных корпусов кораблей и судов [2, с. 8], включающий периодическое (1 раз в месяц) измерение потенциала корпуса защищаемого объекта в контрольных точках по длине корпуса с помощью переносного электроизмерительного прибора (милливольтметра) и переносного электрода сравнения (хлорсеребряного электрода сравнения), сравнение результатов измерения потенциала с их допустимыми значениями, а также периодический (1 раз в месяц) визуальный осмотр протекторов и оценивание степени их износа.A known method of monitoring the operating mode of the protective systems of steel hulls of ships and vessels [2, p. 8], which includes periodic (1 time per month) measurement of the potential of the protected object's body at control points along the length of the body using a portable electrical measuring device (millivoltmeter) and a portable reference electrode (silver chloride reference electrode), comparing the potential measurement results with their permissible values, and also periodic (once a month) visual inspection of the protectors and assessment of the degree of their wear.

Недостатки:Disadvantages:

- способ может быть использован для оперативного контроля режима работы систем защиты судна от коррозии на действующем судне при сдаче его в эксплуатацию, а также в процессе самой эксплуатации. На этапе же сборки стальных корпусов и других металлоконструкций, когда основные сварные швы, протекторная и изолирующая защита еще отсутствуют, указанные средства контроля защиты не применимы;- the method can be used for operational control of the mode of operation of the vessel's corrosion protection systems on an operating vessel when it is put into operation, as well as during the operation itself. At the stage of assembling steel hulls and other metal structures, when the main welds, tread and insulating protection are not yet available, the indicated protection controls are not applicable;

- способ является средством контроля режима работы систем протекторной защиты стальных корпусов кораблей и судов, он не устраняет имеющие место причины возникновения повышенной электрохимической коррозии в сварных швах металлоконструкций - большой разности потенциалов, вызываемых повышенной разнородностью заготовок, сваренных между собой в полотнища стальных корпусов кораблей и судов. В условиях разности температур снаружи и внутри корпуса судна эти сварные соединения создают термопары. Согласно эффекта Зеебека между сваренными заготовками возникают термоэлектродвижущие силы (ТЭДС). В результате скорость электрохимической коррозии сварных швов обшивок судов чрезвычайно высока - достигает 1,0-3,0 мм/год [4, стр. 211], в то время как скорость коррозии самих заготовок наружной обшивки в подводной части корпуса судна много ниже, и не превышает 0,19 мм/год [4, табл. 13 на стр. 211];- the method is a means of control of the mode of operation of the protector protection systems of steel hulls of ships and ships, it does not eliminate the causes of increased electrochemical corrosion in the welded seams of metal structures - a large potential difference caused by the increased heterogeneity of blanks welded to each other in the sheets of steel hulls of ships and ships ... In conditions of temperature differences outside and inside the ship's hull, these welded joints create thermocouples. According to the Seebeck effect, thermoelectromotive forces (TEMF) arise between the welded workpieces. As a result, the rate of electrochemical corrosion of welded seams of ship skin is extremely high - it reaches 1.0-3.0 mm / year [4, p. 211], while the corrosion rate of the outer skin blanks themselves in the underwater part of the ship's hull is much lower, and does not exceed 0.19 mm / year [4, tab. 13 on page 211];

- в действующем судне заготовки сварены между собой и независимое измерение потенциала отдельно каждой заготовки для оценки вариантов их сборки и последующей сварки с целью снижения склонности всех соединений к электрохимической коррозии оказывается невозможным.- in an operating vessel, the workpieces are welded to each other, and independent measurement of the potential of each workpiece separately to assess the options for their assembly and subsequent welding in order to reduce the tendency of all joints to electrochemical corrosion is impossible.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ и устройство защиты от электрохимической коррозии сварной металлоконструкции [3], при котором измеряют термоэлектродвижущие силы (ТЭДС) в контактах всех допустимых сочетаний заготовок металлоконструкций и определяют оптимальное распределение заготовок в сварной металлоконструкции для соблюдения условий минимизирования максимальных по модулю значений ТЭДС, создаваемых по всем контактам пар заготовок. При превышении ТЭДС хотя бы в одной паре заготовок допустимых значений осуществляют замену заготовок до достижения установленных требований. Затем осуществляют остальные технологические операции по изготовлению сварной металлоконструкции.The closest in technical essence to the proposed one is a method and device for protection against electrochemical corrosion of welded metal structures [3], in which thermoelectromotive forces (TEMF) are measured at the contacts of all permissible combinations of metal structures blanks and the optimal distribution of blanks in welded metal structures is determined to comply with the conditions for minimizing the maximum to the modulus of the thermodynamic force values generated across all contacts of the pairs of workpieces. If the TEMF is exceeded in at least one pair of blanks of permissible values, the blanks are replaced until the established requirements are reached. Then, the rest of the technological operations for the manufacture of the welded metal structure are carried out.

Недостатки:Disadvantages:

- в данном способе признак склонности металлоконструкции к электрохимической коррозии (ЭХК) носит дифференциальный характер. Для его реализации требуется большой объем трудоемких измерений ТЭДС всех допустимых сочетаний заготовок;- in this method, the sign of the tendency of the metal structure to electrochemical corrosion (ECC) is of a differential nature. Its implementation requires a large amount of labor-consuming measurements of the thermal electromotive force of all permissible combinations of blanks;

- переход от измерения ТЭДС одной пары заготовок к другой связан со значительными трудозатратами;- the transition from measuring the TEMF of one pair of blanks to another is associated with significant labor costs;

- использование автоматических процедур упорядочения по поиску оптимального распределения заготовок не приводит к существенному сокращению трудоемкости реализации способа, т.к. поиск требует проведения измерения в каждом варианте.- the use of automatic ordering procedures for finding the optimal distribution of workpieces does not lead to a significant reduction in the complexity of the implementation of the method, since the search requires a measurement in each case.

Технический результат изобретения способа изготовления коррозионностойкой сварной металлоконструкции из взаимозаменяемых заготовок обеспечивает значительное снижение трудоемкости выполнения защиты от электрохимической коррозии сварной металлоконструкции из взаимозаменяемых заготовок, расширение технологических возможностей и существенно сокращает сроки и объем производимых операций. Для этого перед сборкой металлоконструкции измерения напряжений проводят микровольтметром в паре с электродом сравнения отдельно в контакте с каждой заготовкой. Таким образом, каждая заготовка участвует в измерении напряжения только один раз. Зная потенциал используемого электрода сравнения при измеренной температуре окружающей среды, по данным измерений указанных напряжений находят собственные потенциалы всех заготовок, заготовки ранжируют по величине собственного потенциала в убывающий ряд, на основе которого при сборке заготовки раскладывают по объекту так, чтобы в среднем по всей изготавливаемой металлоконструкции минимизировать модули перепадов измеренных потенциалов между всеми парами соседних заготовок, после чего выполняют другие операции по производству металлоконструкции.The technical result of the invention of a method for manufacturing a corrosion-resistant welded metal structure from interchangeable workpieces provides a significant reduction in the labor intensity of performing protection against electrochemical corrosion of a welded metal structure from interchangeable workpieces, expanding technological capabilities and significantly reduces the time and volume of operations performed. To do this, before assembling the metal structure, voltage measurements are carried out using a microvoltmeter paired with a reference electrode separately in contact with each workpiece. Thus, each workpiece is only involved in the voltage measurement once. Knowing the potential of the reference electrode used at the measured ambient temperature, according to the measurements of the indicated voltages, the intrinsic potentials of all workpieces are found, the workpieces are ranked by their own potential in a decreasing row, on the basis of which, when assembling, the workpieces are laid out over the object so that, on average, over the entire metal structure to minimize the moduli of the measured potential differences between all pairs of adjacent blanks, after which other operations for the production of metal structures are performed.

Предложен способ изготовления сварной металлоконструкции, выполненной из взаимозаменяемых заготовок с близкими толщинами и физико-химическими свойствами, подвергаемой электрохимической коррозии, включающий зачистку поверхностей заготовок, их расположение в непосредственной близости друг от друга, последовательное нахождение с использованием измерений максимальных значений термоэлектродвижущих сил, создаваемых в термопарах, образованных в контактах всех заготовок металлоконструкции, при этом при каждом измерении температуру заготовки уравнивают путем предварительных настроек клещей для двусторонней точечной контактной сварки, используемых для нагрева упомянутых заготовок, определение оптимального распределения заготовок в сварной металлоконструкции для соблюдения условий минимизации максимальных по модулю значений термоэлектродвижущих сил, создаваемых по всем контактам, и отсутствия превышения в контакте хотя бы одной пары заготовок предельно допустимых значений термоэлектродвижущих сил, составляющих 5-8 мВ, при этом замену заготовок до соответствия всех отобранных заготовок упомянутым условиям, затем - осуществление сборочно-сварочных операций и нанесение противокоррозийного покрытия. Дополнительно экспериментально уточняют длительность (время) нагрева, определяют радиусы обечайки (кольца) нагрева - внутренний R1 и наружный R2, в центре стенки обечайки (кольца) нагрева на внешней поверхности каждой заготовки чертилкой наносят координатные оси, пересечением которых задают контрольную точку, крокодил зацепляют (устанавливают) посередине стенки обечайки (кольца) нагрева заготовки, на пульте управления клещами устанавливают время нагрева, устанавливают давление сжатого воздуха в системе сжатия электродов клещей, измеряют температуру окружающей среды Т0 и разность потенциалов в контакте каждой заготовки, в локальной области измерения заготовки нагретой до температуры Тзад(i), с электродом сравнения, измерение в каждом контакте дублируют для повышения статистической достоверности измерения, по известной зависимости потенциала используемого электрода сравнения от температуры измерения находят потенциал электрода сравнения при найденной температуре окружающей среды Т0, к измеренной разности потенциалов каждого контакта прибавляют известный потенциал электрода сравнения, определяя, таким образом, собственный потенциал каждой i-й заготовки при заданной температуре нагрева заготовок Тзад(i), затем заготовки ранжируют по величине собственного потенциала в убывающий ряд, по которому при сборке металлоконструкции как разность собственных потенциалов контактирующих заготовок находят максимальные значения термоэлектродвижущих сил в данном контакте заготовок. При этом устройство для изготовления сварной металлоконструкции, выполненное из взаимозаменяемых заготовок с близкими толщинами и физико-химическими свойствами, подвергаемой электрохимической коррозии, включающее сборочно-сварочные приспособления, блок управления, источник питания переменного тока и средства измерения в контакте заготовок, включающие нагреватель, выполненный в виде клещей с высокоэлектропроводными электродами для двусторонней точечной контактной сварки, предназначенный для зажатия каждой заготовки, пропускания тока и нагрева, зажим типа «крокодил» с возможностью его зацепления на каждой из заготовок на заданном расстоянии от электродов упомянутых клещей, соединенный коммутирующим проводом с размещенным в корпусе прибором для измерения в контакте заготовки, дополнительно средства измерения предназначены для измерения температуры окружающей среды и разности потенциалов между собственным потенциалом заготовки и потенциалом электрода сравнения при температуре окружающей среды, они дополнительно содержат термометр и электрод сравнения, через выключатель коммутирующим проводом соединенный со второй клеммой прибора, а для нагревания заготовки использованы одни клещи.A method of manufacturing a welded metal structure made of interchangeable workpieces with similar thicknesses and physicochemical properties, subject to electrochemical corrosion, including cleaning the surfaces of the workpieces, their location in close proximity to each other, sequential finding using measurements of the maximum values of thermoelectromotive forces created in thermocouples formed at the contacts of all the blanks of the metal structure, while at each measurement the temperature of the blank is equalized by presetting the tongs for double-sided spot resistance welding used to heat the said blanks, determining the optimal distribution of blanks in the welded metal structure to comply with the conditions for minimizing the maximum modulus values of thermoelectric forces, created on all contacts, and the absence of excess in contact of at least one pair of blanks of the maximum permissible values of thermoelectromotive forces , amounting to 5-8 mV, while replacing the workpieces until all the selected workpieces meet the above conditions, then carrying out assembly and welding operations and applying an anti-corrosion coating. Additionally, the duration (time) of heating is experimentally specified, the radii of the shell (ring) of heating are determined - inner R 1 and outer R 2 , in the center of the wall of the shell (ring) of heating, coordinate axes are applied with a scribe on the outer surface of each workpiece, the intersection of which sets the control point, crocodile hook (set) in the middle of the wall of the shell (ring) of heating the workpiece, set the heating time on the control panel of the tongs, set the compressed air pressure in the system of compression of the electrodes of the tongs, measure the ambient temperature T 0 and the potential difference at the contact of each workpiece, in the local area of measurement of the workpiece heated to a temperature T ass (i), with a reference electrode, the measurement in each contact is duplicated to increase the statistical reliability of the measurement, according to the known dependence of the potential of the reference electrode used on the measurement temperature, the potential of the reference electrode is found at the found ambient temperature T 0 , the known potential of the reference electrode is added to the measured potential difference of each contact, thus determining the intrinsic potential of each i-th workpiece at a given heating temperature of the workpieces T ass (i), then the workpieces are ranked by their own potential in a decreasing series, according to which when assembling a metal structure, the maximum values of thermoelectromotive forces in a given contact of the workpieces are found as the difference between the intrinsic potentials of the contacting workpieces. In this case, a device for the manufacture of a welded metal structure, made of interchangeable workpieces with similar thicknesses and physicochemical properties, subject to electrochemical corrosion, including assembly and welding devices, a control unit, an AC power source and means for measuring in contact between workpieces, including a heater made in in the form of pincers with high-conductive electrodes for double-sided spot contact welding, designed for clamping each workpiece, passing current and heating, a crocodile-type clamp with the possibility of engaging on each of the workpieces at a given distance from the electrodes of the above-mentioned pincers, connected by a commutating wire placed in the housing a device for measuring in the contact of the workpiece, additionally measuring tools are designed to measure the ambient temperature and the potential difference between the own potential of the workpiece and the potential of the reference electrode at ambient temperature food, they additionally contain a thermometer and a reference electrode, through a switch with a commutating wire connected to the second terminal of the device, and only pliers are used to heat the workpiece.

Учитывая малое внутреннее сопротивление источников ТЭДС в сварных соединениях заготовок в полотнище, создаваемые в сварных швах источники электроэнергии являются источниками тока. Поскольку электросопротивление морской воды многократно выше сопротивления стали, то, как показали наши исследования, порождаемые источниками тока силы тока через воду заметно снижаются уже на расстоянии 10-15 мм от границы сварного шва. Поэтому основные разрушения от электрохимической коррозии обшивок судов наблюдаются по границам сварного шва и околошовной зоны.Taking into account the low internal resistance of the TEMF sources in the welded joints of the blanks in the panel, the power sources created in the welded seams are the current sources. Since the electrical resistance of sea water is many times higher than the resistance of steel, then, as our studies have shown, the currents generated by the current sources through the water noticeably decrease already at a distance of 10-15 mm from the boundary of the weld. Therefore, the main damage from electrochemical corrosion of ship skin is observed along the boundaries of the welded seam and the heat-affected zone.

Так при сварке в СО2 на обратной полярности широко распространенной низкоуглеродистой конструкционной стали Вст3сп, по ГОСТ 380-71, содержащей: С - 0,14-0,22%, Si - 0,12-0,3%, Mn - 0,4-0,65%, Ni<0,3%, Cr<0,3%, содержание кремния в сварном шве будет лежать в пределах от 0,57 до 0,80%. При этом потенциал сварного шва оказывается менее положительным, чем потенциал основного металла. Иначе говоря, на границе «сварной шов - околошовная зона будет приложено напряжение: минус - ко шву, плюс - к ОШЗ. Экспериментально доказано [5, с. 71], что в таком случае вблизи этой границы значительно разрушается находящийся под отрицательным потенциалом сварной шов. Поскольку сварной шов соединяет заготовки между собой, то подобных границ с ОШЗ, как минимум, будет две.So when welding in CO 2 on reverse polarity of the widespread low-carbon structural steel Vst3sp, according to GOST 380-71, containing: C - 0.14-0.22%, Si - 0.12-0.3%, Mn - 0, 4-0.65%, Ni <0.3%, Cr <0.3%, the silicon content in the weld will be in the range from 0.57 to 0.80%. In this case, the potential of the weld is less positive than the potential of the base metal. In other words, stress will be applied at the “welded seam - near-weld zone” boundary: minus - to the seam, plus - to the weld zone. Experimentally proved [5, p. 71], that in this case, near this boundary, the weld under negative potential is significantly destroyed. Since the weld seam connects the workpieces to each other, there will be at least two such boundaries with the OSS.

С другой стороны, если потенциал шва будет менее легирован кремнием, чем материалы деталей, то он оказывается более положительным по отношению к ОШЗ. В этом случае минус прикладывается к деталям, плюс - ко шву. И интенсивному разрушению подвержены материалы деталей.On the other hand, if the weld potential is less doped with silicon than the materials of the parts, then it turns out to be more positive with respect to the SNR. In this case, the minus is applied to the details, plus to the seam. And the materials of the parts are subject to intensive destruction.

Так замечено, что при определенных условиях усиленный износ металла ОШЗ при коррозии сварных соединений корпусов морских судов начал наблюдаться с тех пор, как их корпуса стали изготавливать из стали 09Г2 [5, с. 71]. По ГОСТ 19282-73 эта сталь содержит: С - 0,12%, Mn - 1,4-1,8% и Si - 0,17-0,37%. При автоматической дуговой сварке под флюсом этих сталей обычно используют сварочную проволоку Св-08ГА и низкокремнистый слабоокислительный плавленый флюс АН-22. Сварочная проволока содержит: С - до 0,1%, Si - до 0,06%, Mn - 0,8-1,1%, Ni - до 0,25%, Cr - до 0,1%. Флюс АН-22 по ГОСТ 9087-81 содержит: MnO - 7-9%, CaF2 - 20-24%, Al2O3 - 19-23%, SiO2 - 18-22%, СаО - 12-15%, MgO - 12-17%.It has been noted that under certain conditions, increased wear of the OSHZ metal during corrosion of welded joints of the hulls of sea vessels began to be observed since the time when their hulls were made of steel 09G2 [5, p. 71]. According to GOST 19282-73, this steel contains: C - 0.12%, Mn - 1.4-1.8% and Si - 0.17-0.37%. In automatic submerged arc welding of these steels, Sv-08GA welding wire and low-silicon weakly oxidizing fused flux AN-22 are usually used. The welding wire contains: C - up to 0.1%, Si - up to 0.06%, Mn - 0.8-1.1%, Ni - up to 0.25%, Cr - up to 0.1%. Flux AN-22 in accordance with GOST 9087-81 contains: MnO - 7-9%, CaF 2 - 20-24%, Al 2 O 3 - 19-23%, SiO 2 - 18-22%, CaO - 12-15% , MgO - 12-17%.

По нашим измерениям [5, с. 71] при средней разности температур между внутренней и внешней сторонами обшивки судна в 20°С потенциал материала сварочной проволоки Св-08ГА составляет: 200 мкВ при содержании кремния 0,02% и 175 мкВ при содержании кремния 0,06%, соответственно. В тоже время потенциал стали 09Г2 при той же разности температур в 20°С и содержании кремния 0,17% оказался равным 107 мкВ, при 0,25% - 40 мкВ, а при 0,37% - 24 мкВ. Таким образом, при любом допустимом по ГОСТ соотношении содержания кремния в сварочной проволоке и основном металле положительный потенциал проволоки значительно превышает положительный потенциал материала деталей. Иначе говоря, к границе «сварной шов - ОШЗ» прикладывается разность потенциалов: плюс - ко шву, минус - к ОШЗ, которая и подвергается разрушению.According to our measurements [5, p. 71] with an average temperature difference between the inner and outer sides of the ship's skin of 20 ° C, the potential of the material of the Sv-08GA welding wire is: 200 μV with a silicon content of 0.02% and 175 μV with a silicon content of 0.06%, respectively. At the same time, the potential of 09G2 steel at the same temperature difference of 20 ° C and a silicon content of 0.17% turned out to be 107 μV, at 0.25% - 40 μV, and at 0.37% - 24 μV. Thus, for any acceptable according to GOST ratio of silicon content in the welding wire and the base metal, the positive potential of the wire significantly exceeds the positive potential of the material of the parts. In other words, a potential difference is applied to the “welded seam - OSSZ” boundary: plus - to the seam, minus - to the OSSZ, which is destroyed.

На фиг. 1 изображена схема реализации способа изготовления сварной металлоконструкции.FIG. 1 shows a diagram of the implementation of a method for manufacturing a welded metal structure.

На фиг. 2 показано средство измерения устройства защиты от электрохимической коррозии сварной металлоконструкции.FIG. 2 shows the measuring device of the electrochemical corrosion protection device of the welded metal structure.

На фиг. 1 обозначено: 1 - одна из заготовок металлоконструкции; 2 - локальная область измерения заготовки 1, в которой микровольтметром в комплекте с электродом сравнения 19 измеряется разность потенциалов между собственным потенциалом заготовки 1 и потенциалом электрода сравнения; 3 - место расположения одного из сварных швов, выполняемых после завершения сборочных операций; 4 - координатная ось собственных потенциалов заготовок, измеренных в их локальных областях измерения; 5 - потенциал одной из заготовок, ранжированных в убывающий ряд по величинам собственных потенциалов; 6 - линия, показывающая соответствие собственного потенциала заготовки и места расположения на металлоконструкции локальной области измерения заготовки, в которой производилось измерение.FIG. 1 indicates: 1 - one of the blanks of the metal structure; 2 - the local area of measurement of the workpiece 1, in which a microvoltmeter complete with a reference electrode 19 measures the potential difference between the own potential of the workpiece 1 and the potential of the reference electrode; 3 - the location of one of the welds performed after the completion of assembly operations; 4 - coordinate axis of the workpieces' own potentials, measured in their local measurement areas; 5 - potential of one of the blanks, ranked in a decreasing series according to the values of their own potentials; 6 - a line showing the correspondence of the own potential of the workpiece and the location on the metal structure of the local measurement area of the workpiece, in which the measurement was made.

На фиг. 2 обозначено: 1 - заготовка; 2 - локальная область измерения заготовки, охваченная крокодилом 12 и расположенная под верхним контактом крокодила 12 с данной заготовкой 1; 7 - контрольная точка, расположенная на заготовке 1 по оси симметрии обоих электродов клещей (10 и 11) на пересечении нанесенных на заготовку координатных осей 8; 9 - клещи для двусторонней точечной контактной сварки; 10 - верхние, а 11 - нижние электроды клещей; 12 - крокодил, охватывающий локальную область измерения 2 заготовки 1 по толщине и посередине образованной внутри заготовки стенки обечайки (кольца) нагрева 13; 13 - обечайка (кольцо) нагрева заготовки до средней заданной температуры Тзад с внутренним радиусом R1 и наружным радиусом R2; 14 - корпус; 15 - регистратор (милливольтметр), 16 и 17 - коммутирующие провода, 18 - выключатель; 19 - электрод сравнения; 20 - термометр.FIG. 2 indicates: 1 - blank; 2 - the local area of measurement of the workpiece, covered by the crocodile 12 and located under the upper contact of the crocodile 12 with this workpiece 1; 7 - a control point located on the workpiece 1 along the axis of symmetry of both electrodes of the tongs (10 and 11) at the intersection of the coordinate axes 8 applied to the workpiece; 9 - pliers for double-sided spot contact welding; 10 - upper, and 11 - lower electrodes of the tongs; 12 - crocodile covering the local area of measurement 2 of the workpiece 1 in thickness and in the middle of the wall of the shell (ring) of heating 13 formed inside the workpiece; 13 - shell (ring) of heating the workpiece to the average set temperature T back with an inner radius R 1 and an outer radius R 2 ; 14 - case; 15 - recorder (millivoltmeter), 16 and 17 - commutation wires, 18 - switch; 19 - reference electrode; 20 - thermometer.

Для реализации известных способа и устройства защиты необходимо измерение термоэлектродвижущих сил во всех вариантах контактов заготовок металлоконструкции по 2. Число сочетаний из n заготовок по k требует сравнения числа вариантов:To implement the known protection method and device, it is necessary to measure thermoelectromotive forces in all variants of contacts of metalwork blanks in two. The number of combinations of n blanks in k requires a comparison of the number of options:

Figure 00000001
Figure 00000001

где n - число заготовок в металлоконструкции, k - число заготовок в одном сочетании.where n is the number of blanks in the metal structure, k is the number of blanks in one combination.

При k=2 число сочетаний заготовок равно:For k = 2, the number of workpiece combinations is:

Figure 00000002
Figure 00000002

Так при числе заготовок в металлоконструкции n=5 число сочетаний (равное числу измерений) составит 10. При 10 минутах затрат времени на подготовку и проведение одного измерения общая длительность измерений составит 1,7 часа. При 10 заготовках - 45 вариантов, 7,5 часов. При 100 заготовках - 4950 вариантов, 825 часов. И т.д.Thus, with the number of blanks in the metal structure n = 5, the number of combinations (equal to the number of measurements) will be 10. With 10 minutes of time spent on preparing and carrying out one measurement, the total duration of measurements will be 1.7 hours. With 10 blanks - 45 options, 7.5 hours. With 100 blanks - 4950 variants, 825 hours. Etc.

Для предложенного способа и устройства защиты от электрохимической коррозии сварной металлоконструкции такого сочетания заготовок по 2 не требуется. Достаточно вместо указанных вариантов измерений термоэлектродвижущих сил во всех возможных контактах заготовок по две провести измерения в любой последовательности в n заготовках. В результате число измерений сокращается на величинуFor the proposed method and device for protection against electrochemical corrosion of a welded metal structure, such a combination of blanks of 2 is not required. It is enough, instead of the indicated options for measuring thermoelectromotive forces in all possible contacts of the workpieces, two to carry out measurements in any sequence in n workpieces. As a result, the number of measurements is reduced by the value

Figure 00000003
Figure 00000003

где n - число заготовок в металлоконструкции (например, в полотнище).where n is the number of blanks in a metal structure (for example, in a panel).

При 10 заготовках в металлоконструкции экономия времени составит 45 мин., при 100 заготовках - 8 часов. При двух повторениях измерений экономия возрастает в 2 раза. Одновременно полностью сокращаются значительные трудозатраты на поиск и сведение вместе требуемых пар заготовок.With 10 workpieces in a metal structure, the time savings will be 45 minutes, with 100 workpieces - 8 hours. With two repetitions of measurements, the savings increase by 2 times. At the same time, significant labor costs for finding and bringing together the required pairs of workpieces are completely reduced.

Для поиска наилучшего расположения заготовок в полотнище используют методы направленного или случайного поиска.To find the best arrangement of blanks in the panel, methods of directed or random search are used.

В общем, в качестве способа расставления заготовок по объекту, позволяющий достичь в среднем по всей металлоконструкции минимальные по модулю перепады измеренных потенциалов между всеми парами соседних заготовок (входящими в будущие сварные соединения), используют различные известные процедуры упорядочения: линейного, нелинейного, динамического программирования, ветвей и границ, доминирования, логические процедуры, поисковые алгоритмы: итерационный метод Гаусса-Зейделя, метод Галеркина, случайный поиск и др.In general, various well-known ordering procedures are used as a method for arranging workpieces over an object, which makes it possible to achieve, on average, throughout the entire metal structure, in absolute value differences in measured potentials between all pairs of adjacent workpieces (included in future welded joints), various well-known ordering procedures are used: linear, nonlinear, dynamic programming, branches and boundaries, dominance, logical procedures, search algorithms: iterative Gauss-Seidel method, Galerkin method, random search, etc.

Показанные на фиг. 1 заготовки 1 разложены изолировано друг от друга в порядке, соответствующим наилучшему расположению в полотнище. Справа от раскладки заготовок показаны результаты измерения потенциалов в локальных областях измерения 2 заготовки, каждая из которых расположена на заготовке. Зазоры между заготовками 3 - это стыки заготовок, по которым после сборки металлоконструкции будет произведена сварка. Результаты измерения потенциалов в локальных областях измерения заготовок показаны на вертикально расположенной координатной оси 4. Потенциал каждой заготовки измерен в локальной области измерения по отношению к переносному электроду сравнения. Температура окружающей среды, а значит и температура электрода сравнения в момент измерения контролируются. Потенциал последнего становится известным. Сумма разности потенциалов между локальной областью измерения и электродом сравнения и потенциала электрода сравнения равна собственному потенциалу заготовки. Соответственно, результат измерения потенциала заготовки удобно показывать в микровольтах. На каждое сварное соединение металлоконструкции упадет разность потенциалов двух собираемых и затем свариваемых заготовок. Именно усредненную совокупность этих разностей напряжений по всему множеству сварных швов и минимизируют с использованием процедур упорядочения. Следует заметить, что одной стороной заготовка может контактировать не с одной, а с несколькими другими заготовками, что также учитывается в критерии оптимизации. 5 - потенциал одной из заготовок, ранжированных в убывающий ряд по величинам собственных потенциалов заготовок; 6 - линия, показывающая соответствие потенциала и места расположения на металлоконструкции локальной области заготовки, в которой производилось измерение.Shown in FIG. 1 blanks 1 are laid out isolated from each other in the order corresponding to the best arrangement in the panel. To the right of the layout of the blanks, the results of measuring the potentials in the local measurement areas of 2 blanks are shown, each of which is located on the blank. The gaps between the workpieces 3 are the workpiece joints, along which welding will be performed after the assembly of the metal structure. The results of measuring the potentials in the local measurement areas of the workpieces are shown on the vertically located coordinate axis 4. The potential of each workpiece is measured in the local measurement area with respect to the portable reference electrode. The ambient temperature, and hence the temperature of the reference electrode, is monitored at the time of measurement. The potential of the latter becomes known. The sum of the potential difference between the local area of measurement and the reference electrode and the potential of the reference electrode is equal to the intrinsic potential of the workpiece. Accordingly, the result of measuring the potential of the workpiece is conveniently displayed in microvolts. For each welded joint of a metal structure, the potential difference of two assembled and then welded workpieces will drop. It is the averaged set of these stress differences over the entire plurality of welds that is minimized using sequencing procedures. It should be noted that one side of the workpiece can contact not with one, but with several other workpieces, which is also taken into account in the optimization criterion. 5 - potential of one of the blanks, ranked in a decreasing series according to the values of the own potentials of the blanks; 6 - a line showing the correspondence of the potential and location on the metal structure of the local area of the workpiece in which the measurement was made.

Фактически после сварки стыков (формирования замкнутой системы заготовок) разности потенциалов между стыкующимися заготовками (разомкнутой системы заготовок) снижаются в среднем на 5-7%. Здесь меньшее значение соответствует более электропроводному материалу сварочных электродов и меньшему сечению сварного шва. Пары заготовок образуют термопары. Главной причиной понижения напряжения по границе сварного шва становится высокая электропроводность материала сварного шва и зоны термического влияния. Наблюдается шунтирование сварным швом источника тока - ТЭДС образованной термопары. В общем, уровень снижения напряжения на сварном соединении зависит от большого числа факторов: величины исходной ТЭДС, материалов заготовок и самого сварного шва, геометрических размеров заготовок и шва, типа сварного соединения и пр. Данное явление снижает склонность металлоконструкций к электрохимической коррозии.In fact, after welding of joints (formation of a closed system of workpieces), the potential difference between joining workpieces (open system of workpieces) decreases by an average of 5-7%. Here, a lower value corresponds to a more electrically conductive material of the welding electrodes and a smaller cross-section of the weld. The pairs of workpieces form thermocouples. The main reason for the voltage drop along the weld boundary is the high electrical conductivity of the weld material and the heat-affected zone. Shunting by the welded seam of the current source - TEMF of the formed thermocouple is observed. In general, the level of voltage reduction at the welded joint depends on a large number of factors: the value of the initial TEMF, the materials of the blanks and the weld itself, the geometric dimensions of the blanks and the seam, the type of welded joint, etc. This phenomenon reduces the tendency of metal structures to electrochemical corrosion.

Основная идея изобретения: значительно сократить экспериментальную часть способа защиты сварной металлоконструкции от электрохимической коррозии, расширить таким образом технологические возможности защиты от электрохимической коррозии сварной металлоконструкции из взаимозаменяемых заготовок. Для этого перед сборкой металлоконструкции микровольтметром в паре с электродом сравнения измеряют собственные электрические потенциалы раздельно каждой заготовки при температуре Тзад, соответствующей температуре эксплуатации сварной металлоконструкции. При сборке заготовки раскладывают по объекту так, чтобы в среднем по всей изготавливаемой металлоконструкции минимизировать модули перепадов измеренных потенциалов между всеми парами соседних заготовок. Тем самым устраняется причина появления повышенной разности потенциалов в сварных соединениях за счет обеспечения сварки между собой только тех однородных заготовок, которые близки друг к другу по химическому составу и структуре.The main idea of the invention: to significantly reduce the experimental part of the method for protecting a welded metal structure from electrochemical corrosion, thus expanding the technological capabilities of protecting a welded metal structure from interchangeable workpieces from electrochemical corrosion. To do this, before assembling the metal structure, a microvoltmeter paired with a reference electrode is used to measure its own electric potentials separately for each workpiece at a temperature T back corresponding to the operating temperature of the welded metal structure. When assembling, the workpieces are laid out over the object so that, on average, over the entire metal structure to be manufactured, the modules of the measured potential differences between all pairs of adjacent workpieces are minimized. Thus, the reason for the appearance of an increased potential difference in welded joints is eliminated by ensuring that only those homogeneous workpieces that are close to each other in chemical composition and structure are welded to each other.

С учетом этих изменений при компоновке заготовок в ходе сборки металлоконструкции предложено изменить критерий оценки оптимального расположения заготовок в полотнищах - от среднеинтегрального минимума модулей фактически измеренных ТЭДС всех возможных вариантов пар заготовок в полотнищах [3] к среднеинтегральному минимуму модулей расчетно-экспериментальных значений ТЭДС тех же возможных вариантов пар заготовок, найденных на основе проведенных измерений собственных потенциалов заготовок. Число измерений потенциалов заготовок мало и равно числу заготовок в полотнище n, что значительно меньше числа измерений возможных вариантов ТЭДС пар заготовок. Кроме того, измерение потенциалов заготовок производится в произвольной последовательности, что позволяет в ходе измерения отказаться от постоянного трудозатратного целенаправленного поиска требуемых заготовок и сведения их вместе при измерении. Итак, вместо измерения ТЭДС пар заготовок предложено использовать измерение собственных потенциалов заготовок. При этом расчетные значения ТЭДС всех возможных пар заготовок находятся простым вычитанием собственных потенциалов этих заготовок.Taking these changes into account when arranging blanks during assembly of a metal structure, it was proposed to change the criterion for assessing the optimal arrangement of blanks in panels - from the average integral minimum of the modules of actually measured TEMF of all possible variants of pairs of blanks in the panels [3] to the average integral minimum of modules of the calculated and experimental values of TEMF of the same possible options for pairs of blanks found on the basis of measurements of the own potentials of blanks. The number of measurements of the potentials of the workpieces is small and is equal to the number of workpieces in the panel n, which is much less than the number of measurements of possible variants of the TEMF of pairs of workpieces. In addition, the measurement of the potentials of the workpieces is carried out in an arbitrary sequence, which makes it possible to abandon the constant labor-intensive, targeted search for the required workpieces during the measurement and bring them together during the measurement. So, instead of measuring the TEMF of pairs of blanks, it is proposed to use the measurement of the intrinsic potentials of blanks. In this case, the calculated TEMF values of all possible pairs of blanks are found by simple subtraction of the intrinsic potentials of these blanks.

Изобретение направлено, прежде всего, на улучшение и снижение трудоемкости защиты от электрохимической коррозии сварной металлоконструкции из взаимозаменяемых заготовок путем упрощенного подбора каждой пары близких по физико-химическим свойствам заготовок, входящих в сварные соединения, а также снижения числа и трудоемкости необходимых измерений.The invention is aimed, first of all, at improving and reducing the labor intensity of protection against electrochemical corrosion of a welded metal structure from interchangeable workpieces by simplifying the selection of each pair of workpieces with similar physical and chemical properties included in welded joints, as well as reducing the number and labor intensity of the required measurements.

Экспериментальное уточнение длительности (времени) нагрева позволило уточнить настройку параметров режима нагрева заготовок и точнее устанавливать температуру локальных областей измерения заготовок - обечаек (колец) нагрева заготовок.Experimental refinement of the duration (time) of heating made it possible to refine the setting of the parameters of the heating mode of the workpieces and more accurately set the temperature of the local areas of measurement of the workpieces - shells (rings) of heating the workpieces.

Определение радиусов обечайки (кольца) нагрева - внутреннего R1 и наружного R2 позволило задать местоположение контакта крокодила с локальной областью нагрева на обечайке (кольце) нагрева каждой заготовки.Determination of the radii of the heating shell (ring) - internal R 1 and external R 2 made it possible to set the location of the contact of the crocodile with the local heating area on the heating shell (ring) of each workpiece.

Нанесение на внешней поверхности каждой заготовки, соответствующем местоположению оси симметрии электродов клещей, контрольной точки дало возможность установить на каждой заготовке местоположение оси симметрии электродов клещей, а значит - оси симметрии обечайки (кольца) нагрева.The application of a control point on the outer surface of each workpiece, corresponding to the location of the axis of symmetry of the electrodes of the tongs, made it possible to establish on each workpiece the location of the axis of symmetry of the electrodes of the tongs, and hence the axis of symmetry of the shell (ring) of heating.

Отметка внутреннего и наружного радиусов обечайки (кольца) нагрева относительно контрольной точки на внешней поверхности каждой детали позволило зафиксировать на ней место установки (зацепления) крокодила.Marking the inner and outer radii of the heating shell (ring) relative to the control point on the outer surface of each part made it possible to fix the place of installation (engagement) of the crocodile on it.

Нанесение на внешней поверхности каждой заготовки контрольной точки и радиусов обечайки (кольца) нагрева чертилкой позволило сохранить высокую электропроводность контактов электродов клещей с заготовками, а также крокодила с каждой заготовкой. Это позволило исключить погрешности измерения собственных потенциалов заготовок, связанными с нестабильностью и повышенным значением электросопротивления контактов.The application of a control point and the radii of the shell (ring) of heating with a scribe on the outer surface of each workpiece made it possible to maintain high electrical conductivity of the contacts of the electrodes of the tongs with the workpieces, as well as the crocodile with each workpiece. This made it possible to exclude errors in measuring the intrinsic potentials of the workpieces associated with instability and an increased value of the electrical resistance of the contacts.

Фиксация контрольной точки пересечением координатных осей позволило точнее определиться с местом расположения контрольной точки.Fixing the control point by the intersection of the coordinate axes made it possible to more accurately determine the location of the control point.

Установка (зацепление) крокодила посередине стенки обечайки (кольца) нагрева заготовки дало возможность закрепить его в локальной области измерения заготовки - месте нагрева заготовки до температуры Тзад(i).Installing (engaging) the crocodile in the middle of the shell (ring) wall of heating the workpiece made it possible to fix it in the local area of the workpiece measurement - the place where the workpiece was heated to the temperature T back (i).

Установка на пульте управления клещами времени нагрева и давления сжатого воздуха в системе сжатия электродов клещей позволило установить режим нагрева заготовки.Setting the heating time and pressure of compressed air in the electrode compression system of the tongs on the control panel of the tongs made it possible to set the heating mode of the workpiece.

Измерение температуры окружающей среды Т0 перед сборкой сварной металлоконструкции позволило найти потенциал электрода сравнения в реальных условиях измерения.Measurement of the ambient temperature T 0 before assembling the welded metal structure made it possible to find the potential of the reference electrode in real measurement conditions.

Измерение разности потенциалов в контакте каждой заготовки с электродом сравнения позволило измерять не разности потенциалов (термоэлектродвижущих сил) во всех вариантах контактов заготовок, а измерять значительно меньшие по количеству и необходимым трудозатратам разности потенциалов между каждой заготовкой и электродом сравнения.The measurement of the potential difference in the contact of each workpiece with the reference electrode made it possible to measure not the potential difference (thermoelectromotive forces) in all variants of the workpiece contacts, but to measure the potential differences between each workpiece and the reference electrode, which are much smaller in number and required labor costs.

Нагревание локальной области измерения заготовки до температуры Тзад позволило воспроизводить при измерении температуру эксплуатации сварной металлоконструкции. Так средняя температура внутри судна принимается на 20°С выше, чем снаружи. Для условий эксплуатации обшивки судна Тзад условно определяется как сумма (20+Т0)°С, где Т0 - температура окружающей среды.Heating the local area of measurement of the workpiece to the temperature T back made it possible to reproduce the operating temperature of the welded metal structure when measuring. Thus, the average temperature inside the vessel is assumed to be 20 ° C higher than outside. For the operating conditions of the hull of the ship, T back is conventionally defined as the sum (20 + T 0 ) ° C, where T 0 is the ambient temperature.

Измерение в каждом контакте дублируют (повторяют 2-3 раза) для повышения статистической достоверности измерения. Результаты измерения усредняют.The measurement in each contact is duplicated (repeated 2-3 times) to increase the statistical reliability of the measurement. The measurement results are averaged.

Сложение измеренной разности потенциалов каждого контакта с потенциалом электрода сравнения при температуре Т0 позволило определить собственный потенциал каждой i-й заготовки при заданной температуре нагрева заготовок Тзад(i).Adding the measured potential difference of each contact with the potential of the reference electrode at a temperature T 0 made it possible to determine the intrinsic potential of each i-th workpiece at a given heating temperature of the workpieces T back (i).

Нахождение разности собственных потенциалов контактирующих в металлоконструкции заготовок позволило определить максимальные значения термоэлектродвижущих сил в данном контакте заготовок.Finding the difference between the intrinsic potentials of the blanks contacting in the metal structure made it possible to determine the maximum values of thermoelectromotive forces in a given blank contact.

Ранжирование заготовок по величине измеренных собственных потенциалов заготовок в убывающий ряд позволило при сборке разложить заготовки по металлоконструкции так, чтобы в среднем по ней минимизировать по модулю перепады измеренных потенциалов между всеми парами соседних заготовок.The ranking of the blanks according to the value of the measured intrinsic potentials of the blanks in a decreasing row made it possible, during assembly, to expand the blanks along the metal structure so that, on average, over it, the differences in the measured potentials between all pairs of adjacent blanks were minimized.

Средства измерения использованы для измерения температуры окружающей среды и разности потенциалов между собственным потенциалом заготовки и электрода сравнения при температуре окружающей среды.The measuring instruments are used to measure the ambient temperature and the potential difference between the intrinsic potential of the workpiece and the reference electrode at the ambient temperature.

Введение в средства измерения термометра позволило измерить температуру окружающей среды при измерении. Это дало возможность по таблице найти численное значение потенциала электрода сравнения именно при температуре измерения.The introduction of a thermometer into measuring instruments made it possible to measure the ambient temperature during measurement. This made it possible, according to the table, to find the numerical value of the potential of the reference electrode precisely at the measurement temperature.

Введение в средство измерения электрода сравнения позволило с использованием простого и технологичного средства измерения - микровольтметра - измерить разность потенциалов в каждом конкретном контакте заготовок между собственным потенциалом данной заготовки и потенциалом электрода сравнения. Что далее позволило для каждой заготовки сложить полученную разность с потенциалом электрода сравнения и получить собственный потенциал заготовки.The introduction of a reference electrode into the measuring instrument made it possible, using a simple and technologically advanced measuring instrument, a microvoltmeter, to measure the potential difference in each specific contact of the workpieces between the own potential of the given workpiece and the potential of the reference electrode. That further made it possible for each workpiece to add the resulting difference with the potential of the reference electrode and obtain its own potential of the workpiece.

Соединение электрода сравнения через выключатель коммутирующим проводом со второй клеммой прибора (микровольтметра) позволило подать на эту клемму потенциал электрода сравнения.The connection of the reference electrode through the switch with a switching wire to the second terminal of the device (microvoltmeter) made it possible to apply the potential of the reference electrode to this terminal.

Применение для нагревания одних клещей позволило производить нагрев только заготовки, подверженной измерению.The use of a single clamp for heating made it possible to heat only the workpiece subject to measurement.

Клещи 9 охватывают заготовку 1 электродами 10 и 11 с двух сторон. При этом обечайка (кольцо) нагрева 13 имеет форму обечайки (иначе - кольца) внутренним радиусом R1 и наружным R2 с осью симметрии, совпадающей с осью симметрии электродов 10 и 11 клещей. Она нагрета до средней заданной температуры Тзад. Крокодил 12 охватывает заготовку также с двух сторон в локальной области измерения посередине образованной стенки обечайки (кольца) нагрева 13. Термометр 20 расположен на корпусе 14 на расстоянии от регистратора 15, исключающем влияние последнего на показания термометра.Pliers 9 cover the workpiece 1 with electrodes 10 and 11 on both sides. In this case, the heating shell (ring) 13 has the form of a shell (otherwise, a ring) with an inner radius R 1 and an outer R 2 with an axis of symmetry coinciding with the axis of symmetry of the electrodes 10 and 11 of the tongs. It is heated to the average set temperature T back . Crocodile 12 also covers the workpiece from both sides in the local measurement area in the middle of the formed wall of the heating shell (ring) 13. The thermometer 20 is located on the housing 14 at a distance from the recorder 15, excluding the influence of the latter on the thermometer readings.

В качестве электрода сравнения используется, например, стандартный хлорсеребряный электрод сравнения.As a reference electrode, for example, a standard silver chloride reference electrode is used.

В качестве крокодила используются, например мощный стальной крокодил в резиновой изоляции фирмы REXANT марки U 2303-1 на ток до 20 А.As a crocodile, for example, a powerful steel crocodile in rubber insulation from REXANT brand U 2303-1 for a current of up to 20 A.

В качестве прибора для измерения в контакте заготовок устройства, а также потенциометра для измерения термоэлектродвижущей силы термопары при настройке длительности нагрева клещей могут использоваться, например милливольтметры марки Ш-4541. Метрологические характеристики милливольтметра обеспечивают возможность проведения поверки и градуировки образцовых термоэлектрических преобразователей 2-го и 3-го разрядов. Прецизионный милливольтметр предназначен для измерения постоянного напряжения в диапазоне от - 300 мВ до 300 мВ и статистической обработки результатов измерений. Милливольтметр используют в лабораториях государственных метрологических служб и метрологических служб юридических лиц для проведения точных измерений напряжения.As a device for measuring in the contact of the workpieces of the device, as well as a potentiometer for measuring the thermoelectromotive force of a thermocouple when setting the heating duration of the clamps, for example, millivoltmeters of the Sh-4541 brand can be used. The metrological characteristics of the millivoltmeter provide the ability to verify and calibrate exemplary thermoelectric converters of the 2nd and 3rd categories. The precision millivoltmeter is designed to measure DC voltage in the range from - 300 mV to 300 mV and statistically process the measurement results. The millivoltmeter is used in laboratories of state metrological services and metrological services of legal entities for accurate voltage measurements.

В качестве термопары для настройки длительности нагрева заготовки может использоваться хромель-копелевая термопара по ГОСТ Р. 585-2001.A chromel-copel thermocouple in accordance with GOST R 585-2001 can be used as a thermocouple to adjust the heating duration of the workpiece.

Провод, идущий от крокодила к регистратору можно выполнять из изолированного одножильного гибкого медного провода повышенной термостойкости и прочности. Это связано с условиями работы провода, сопряженной с непосредственным контактом его с необработанными краями заготовок, возможностью ударов по ней, термических воздействий и т.п. Одновременно в целях обеспечения высокой точности измерений (учитывая небольшую величину измеряемых напряжений), он должен иметь высокую электропроводность. Например, провод, изготовленный из гибкого силового монтажного медного одножильного провода повышенной термостойкости марки РКГМ. В нем жила медная, многопроволочная, сечение - 4-6 мм2. Изоляция из кремнийорганической резины, оболочка стекловолоконная, пропитанная термостойкой эмалью или лаком. Данный провод устойчив к вибрации, повышенной влажности (до 100% при температуре +35°С), термостоек (диапазон эксплуатационных температур - от -60 до +180°С). Кроме того, провод защищен от вредного воздействия лаков, растворителей и грибковой плесени.The wire going from the crocodile to the recorder can be made of insulated single-core flexible copper wire of increased temperature resistance and strength. This is due to the working conditions of the wire, coupled with its direct contact with the raw edges of the workpieces, the possibility of impacts on it, thermal effects, etc. At the same time, in order to ensure high measurement accuracy (given the small value of measured voltages), it must have a high electrical conductivity. For example, a wire made of a flexible power assembly copper single-core wire of increased temperature resistance of the RKGM brand. It contained copper, multi-wire, cross-section - 4-6 mm 2 . Silicone rubber insulation, fiberglass sheath impregnated with heat-resistant enamel or varnish. This wire is resistant to vibration, high humidity (up to 100% at a temperature of + 35 ° С), heat-resistant (operating temperature range - from -60 to + 180 ° С). In addition, the wire is protected from the harmful effects of varnishes, solvents and mildew.

В качестве выключателя, например, используется тумблер ASW-07D с подсветкой.For example, an ASW-07D toggle switch with illumination is used as a switch.

Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.

После проведения заготовительных операций изготовленные взаимозаменяемые заготовки металлоконструкции нумеруют. Предварительно расчетным путем определяют длительность (время) нагрева и радиусы обечайки (кольца) нагрева - внутренний R1 и наружный R2. В центре стенки обечайки (кольца) нагрева на внешней поверхности каждой детали чертилкой наносят координатные оси и задают местоположение контрольной точки. Заготовки размещают так, чтобы исключить при нахлесте сближение областей измерения соседних заготовок ближе (15-20)

Figure 00000004
, мм, где
Figure 00000005
- толщина листа заготовки, мм. Причем меньшее значение нахлеста соответствует толщине заготовки ≤ 20 мм, а большее - толщине ≥ 20 мм. Это необходимо с целью исключения значимых погрешностей измерения вследствие образования цепей шунтирования. Собирают средство измерения в контакте заготовок. Подсоединяют источник переменного тока для питания клещей, клещи запитывают сжатым воздухом. На пульте управления клещами устанавливают расчетное время нагрева. Устанавливают давление сжатого воздуха в системе сжатия электродов клещей. Термометром измеряют температуру окружающей среды.After carrying out the blanking operations, the manufactured interchangeable blanks of metal structures are numbered. Preliminarily, by calculation, the duration (time) of heating and the radii of the shell (ring) of heating are determined - internal R 1 and external R 2 . In the center of the wall of the heating shell (ring) on the outer surface of each part, the coordinate axes are applied with a scribe and the location of the control point is set. The workpieces are placed so as to exclude, when overlapping, the convergence of the measurement areas of neighboring workpieces closer (15-20)
Figure 00000004
, mm, where
Figure 00000005
- thickness of the blank sheet, mm. Moreover, the smaller value of the overlap corresponds to the workpiece thickness ≤ 20 mm, and the larger value corresponds to the thickness ≥ 20 mm. This is necessary in order to eliminate significant measurement errors due to the formation of shunting circuits. Collect the measuring instrument in the contact of the blanks. Connect an alternating current source to power the clamps, supply the clamps with compressed air. The estimated heating time is set on the tick control panel. Set the compressed air pressure in the electrode clamping system of the tongs. A thermometer is used to measure the ambient temperature.

Производят экспериментальную настройку длительности нагрева заготовок клещами. Для этого от расчетной контрольной точки одной из заготовок откладывают внутренний радиус обечайки (кольца) нагрева R1 и наружный R2. На верхней плоскости заготовки посередине между R1 и R2 устанавливают хромель-копелевую термопару. Ее прижимают к поверхности заготовки крокодилом. Термопару подключают к потенциометру. Включают клещи и отсчитывают по потенциометру либо сразу температуру в °С (если шкала потенциометра проградуирована в °С), либо напряжение в милливольтах. Во втором случае напряжение для установленной термопары переводят в °С по переводным таблицам. Если измеренная температура обечайки (кольца) нагрева не совпадает с заданной температурой Тзад, то итерацией находят уточненную длительность (время) нагрева, при которой фактическая и заданная температуры обечайки (кольца) нагрева совпадут.Experimental adjustment of the duration of heating the workpieces with tongs is performed. For this, the inner radius of the heating shell (ring) R 1 and the outer R 2 are laid from the calculated control point of one of the blanks. A chromel-copel thermocouple is installed on the upper plane of the workpiece in the middle between R 1 and R 2 . It is pressed against the surface of the workpiece with a crocodile. The thermocouple is connected to a potentiometer. Turn on the clamp and read off the potentiometer either immediately the temperature in ° C (if the potentiometer scale is graduated in ° C), or the voltage in millivolts. In the second case, the voltage for the installed thermocouple is converted to ° C according to conversion tables. If the measured temperature of the heating shell (ring) does not coincide with the preset temperature T back , then by iteration find the specified heating duration (time) at which the actual and preset heating shell (ring) temperatures coincide.

Далее настроенные клещи последовательно в произвольном порядке устанавливают на контрольные точки заготовок. Посередине стенки обечайки (кольца) нагрева заготовки зацепляют (устанавливают) крокодил. В каждой контрольной точке включают клещи и измеряют разность потенциалов в контакте каждой заготовки, нагретой до температуры Тзад(i), с электродом сравнения. Измерение в каждом контакте дублируют для повышения статистической достоверности измерения. Также для повышения достоверности измерения последовательность заготовок в ходе измерений меняют. По каждой локальной области измерения результаты измерений усредняют. По известной зависимости потенциала используемого электрода сравнения от температуры измерения находят потенциал электрода сравнения при найденной температуре окружающей среды. Измеренную разность потенциалов каждого контакта складывают с найденным потенциалом электрода сравнения при температуре Т0, определяя, таким образом, собственный потенциал каждой i-й заготовки при заданной температуре нагрева заготовок Тзад(i).Further, the tuned pliers are sequentially randomly set on the control points of the blanks. In the middle of the wall of the shell (ring) heating the workpiece hook (set) a crocodile. At each control point, the clamp is turned on and the potential difference is measured in the contact of each workpiece, heated to the temperature T ass (i), with the reference electrode. The measurement in each contact is duplicated to increase the statistical reliability of the measurement. Also, to increase the reliability of the measurement, the sequence of the workpieces is changed during the measurements. The measurement results are averaged over each local measurement area. From the known dependence of the potential of the reference electrode used on the measurement temperature, the potential of the reference electrode is found at the found ambient temperature. The measured potential difference of each contact is added to the found potential of the reference electrode at temperature T 0 , thus determining the intrinsic potential of each i-th workpiece at a given heating temperature of the workpieces T ass (i).

Затем заготовки ранжируют по величине собственного потенциала в убывающий ряд, по которому при сборке металлоконструкции как разность собственных потенциалов контактирующих заготовок находят максимальные значения термоэлектродвижущих сил в данном контакте заготовок. На основе полученного убывающего ряда находят наилучший вариант расположения заготовок в металлоконструкции. Для этого минимизируют по модулю перепады измеренных собственных потенциалов между всеми парами соседних заготовок (входящими в будущие сварные соединения), используя различные известные процедуры упорядочения. После чего при сборке металлоконструкции заготовки раскладывают по найденному расположению, выполняют другие операции по производству металлоконструкции.Then the workpieces are ranked according to the value of their own potential in a decreasing series, according to which, when assembling a metal structure, the maximum values of thermoelectromotive forces in a given contact of workpieces are found as the difference between the own potentials of the contacting workpieces. On the basis of the resulting decreasing series, the best option for the location of the blanks in the metal structure is found. To do this, the absolute differences in the measured natural potentials between all pairs of adjacent workpieces (included in future welded joints) are minimized using various well-known ordering procedures. After that, when assembling the metal structure, the workpieces are laid out according to the found location, other operations for the production of the metal structure are performed.

Пример 1.Example 1.

Рассмотрим производство сварных металлоконструкций при изготовлении обшивки морского судна. Она собирается из полотнищ, каждая из которых в свою очередь собирается из типовых взаимозаменяемых листовых заготовок.Consider the production of welded metal structures in the manufacture of the hull of a sea vessel. It is assembled from panels, each of which, in turn, is assembled from standard interchangeable sheet blanks.

Технологический процесс производства каждого полотнища начинается с выполнения заготовительных операций. Заготовки правят, зачищают и размечают. Их нумеруют и чертилкой на каждом листе проставляют контрольную точку.The technological process of production of each panel begins with the performance of procurement operations. The blanks are edited, cleaned and marked. They are numbered and a control point is put on each sheet with a scribe.

На участке измерения заготовки раскладывают изолированно друг от друга, что позволяет произвести независимое измерение потенциала отдельно каждой заготовки. Это требуется для оценки вариантов их сборки и последующей сварки с целью снижения склонности всех соединений к электрохимической коррозии.In the measurement area, the workpieces are laid out in isolation from each other, which allows an independent measurement of the potential of each workpiece separately. This is required to evaluate options for their assembly and subsequent welding in order to reduce the tendency of all joints to electrochemical corrosion.

В локальной области измерения каждой заготовки измеряют ее собственный электрический потенциал. Для измерения используют микровольтметр. Одну входную клемму микровольтметра подсоединяют к локальной области измерения заготовки, а вторую - к электроду сравнения. Результат измерения u(i), где i - номер заготовки, выражают в микровольтах.In the local measurement area of each workpiece, its own electric potential is measured. A microvoltmeter is used for measurement. One input terminal of the microvoltmeter is connected to the local measurement area of the workpiece, and the other is connected to the reference electrode. The measurement result u (i), where i is the workpiece number, is expressed in microvolts.

Для измерения потенциала листов используем микровольтнаноамперметр Ф-136. Его точность - до долей микровольта. В качестве электрода сравнения используем точный и удобный в эксплуатации хлорсеребряный электрод. Измеряем температуру окружающей среды. Находим потенциал φЭС электрода сравнения по таблице для измеренной температуры окружающей среды. Складываем φЭС с u(i) и получаем собственный потенциал i-й заготовки φЗАГ(i).To measure the potential of the sheets, we use an F-136 microvoltnanoammeter. Its accuracy is down to fractions of a microvolt. We use an accurate and easy-to-use silver chloride electrode as a reference electrode. We measure the ambient temperature. We find the potential φ of the ES of the reference electrode according to the table for the measured ambient temperature. We add φ ES with u (i) and get the intrinsic potential of the i-th workpiece φ ZAG (i).

На каждое сварное соединение металлоконструкции упадет разность потенциалов двух собираемых и затем свариваемых заготовок. Именно усредненную совокупность этих разностей напряжений по всему множеству сварных швов далее минимизируют с использованием процедуры упорядочения. Для этого все заготовки полотнища ранжируют по найденным потенциалам - расстанавливают их в порядке убывания значения потенциала.For each welded joint of a metal structure, the potential difference of two assembled and then welded workpieces will drop. It is the averaged set of these stress differences over the entire plurality of welds that is further minimized using an ordering procedure. For this, all blanks of the panel are ranked according to the found potentials - they are arranged in descending order of the potential value.

На основе полученного убывающего ряда потенциалов при сборке заготовки раскладывают по объекту так, чтобы в среднем по всей металлоконструкции минимизировать по модулю перепады измеренных потенциалов между всеми парами соседних заготовок. Для этого при поиске оптимального расположения листов в данном полотнище рассматриваются все возможные варианты их компоновки. И в каждом рассматриваемом сварном шве находят ожидаемую термоэлектродвижущую силу (ТЭДС), получаемую вычитанием потенциала одной входящей в сварное соединение заготовки из потенциала второй входящей в сварное соединение заготовки. Затем полученное напряжение берут по модулю.On the basis of the resulting decreasing series of potentials during assembly, the workpieces are laid out over the object so that, on average, throughout the entire metal structure, the absolute differences in the measured potentials between all pairs of adjacent workpieces are minimized. For this, when searching for the optimal arrangement of sheets in a given panel, all possible options for their layout are considered. And in each considered weld seam, the expected thermoelectromotive force (TEMF) is found, obtained by subtracting the potential of one workpiece entering the welded joint from the potential of the second workpiece entering the welded joint. Then the resulting voltage is taken modulo.

После нахождения оптимального расположения листов в полотнище выполняют другие операции по производству металлоконструкции: сборку, сварку, улучшение и пр.After finding the optimal arrangement of sheets in the panel, other operations for the production of metal structures are performed: assembly, welding, improvement, etc.

Сборку и сварку обшивки судна из изготовленных полотнищ ведут аналогично.The assembly and welding of the ship's skin from the fabricated panels is carried out in the same way.

Только в качестве сборочных элементов рассматривают полотнища.Only panels are considered as assembly elements.

Пример 2. В качестве примера приведем значения стандартных потенциалов хлорсеребряного электрода сравнения при различных температурах [6]:Example 2. As an example, let us give the values of standard potentials of a silver chloride reference electrode at different temperatures [6]:

Figure 00000006
Figure 00000006

Пример 3.Example 3.

Определим для примера параметры режима нагрева заготовки толщиной δ=10 мм=10⋅10-3 м из стали 09Г2 при длительности нагрева τс=0,3 с., что соответствует мягкому режиму нагрева заготовки (детали) клещами. Целью является определение режима нагрева заготовки клещами до температуры обечайки (кольца) нагрева 40°С.Let us determine, for example, the parameters of the heating mode of a billet with a thickness of δ = 10 mm = 10⋅10 -3 m made of 09G2 steel with a heating duration τ c = 0.3 s, which corresponds to a mild heating mode of the billet (part) with tongs. The purpose is to determine the mode of heating the workpiece with the tongs to the temperature of the shell (ring) heating 40 ° C.

Примем в качестве гипотезы нагрев центрального столбика заготовки (расположенного между электродами клещей) Т=Тн=640°С.Let us take as a hypothesis the heating of the central column of the workpiece (located between the electrodes of the tongs) T = T n = 640 ° C.

Общее количество тепла, затрачиваемое на нагрев заготовки и самих электродов клещей [7, стр. 30-31]:The total amount of heat spent on heating the workpiece and the electrodes of the tongs [7, pp. 30-31]:

Figure 00000007
Figure 00000007

где Q1 - энергия, затрачиваемая на нагрев центрального столбика. Его высота равна толщине листа заготовки δ, а диаметр соответствует диаметру рабочей поверхности электродов клещей dЭ:where Q 1 is the energy spent on heating the central column. Its height is equal to the thickness of the sheet of the workpiece δ, and the diameter corresponds to the diameter of the working surface of the electrodes of the tongs d E :

Figure 00000008
Figure 00000008

где с и ρ - теплоемкость и плотность стали заготовки.where c and ρ are the heat capacity and density of the billet steel.

Диаметр электродов клещей определяем из соотношения [8, стр. 34]:The diameter of the pliers electrodes is determined from the ratio [8, p. 34]:

dЭ=δ+2=(10+2)⋅10-3=12⋅10-3 м.d E = δ + 2 = (10 + 2) ⋅10 -3 = 12⋅10 -3 m.

Q1=(3,14⋅122⋅10-6/4)⋅10⋅10-3⋅0,67⋅7800⋅640=3,780 кДж.Q 1 = (3.14⋅12 2 ⋅10 -6 / 4) ⋅10⋅10 -3 ⋅0.67⋅7800⋅640 = 3.780 kJ.

Q2 - энергия, затрачиваемая на нагрев металла в виде кольца шириной x2, окружающего центральный столбик. Среднюю температуру кольца, согласно рекомендации [7, стр. 30], принимают равной 0,25⋅Тн=0,25⋅640=160°С.Q 2 is the energy spent on heating the metal in the form of a ring with a width of x 2 , surrounding the central column. The average temperature of the ring, according to the recommendation [7, p. 30], is taken equal to 0.25⋅T n = 0.25⋅640 = 160 ° C.

Figure 00000009
Figure 00000009

Где k1 - поправочный коэффициент, k1≈0,8;Where k 1 is a correction factor, k 1 ≈ 0.8;

x2 - ширина кольца:x 2 - ring width:

Figure 00000010
Figure 00000010

где а - температуропроводность стали заготовки;where a is the thermal diffusivity of the billet steel;

τс=0,3 с. - длительность нагрева (время сварки).τ s = 0.3 s. - heating duration (welding time).

Для низколегированных сталей:For low alloy steels:

Figure 00000011
Figure 00000011

Аналогично в 4 раза упадет температура в заготовке на расстоянии Х2 от границы данного кольца. При этом средняя температура в большем кольце составит около 40°С. Таким образом, окончательно расстояние середины обечайки (кольца) нагрева от поверхности электрода клещей составит 2Х2=2⋅6,6⋅10-3=13,2⋅10-3 м. То есть, при толщине зацепа крокодила 5 мм внутренний радиус обечайки (кольца) нагрева R1 составит 17 мм, а наружный R2 - 22 мм.Similarly, the temperature in the workpiece will drop by 4 times at a distance of X 2 from the boundary of this ring. In this case, the average temperature in the larger ring will be about 40 ° C. Thus, the final distance of the middle of the heating shell (ring) from the surface of the electrode of the tongs will be 2X 2 = 2⋅6.6⋅10 -3 = 13.2⋅10 -3 m. That is, with a crocodile hook thickness of 5 mm, the inner radius of the shell (rings) heating R 1 will be 17 mm, and the outer R 2 - 22 mm.

Q2=0,8⋅3,14⋅6,6⋅10-3⋅(12⋅10-3+6,6⋅10-3)⋅10⋅10-3⋅0,67⋅7800⋅160=2,578 кДж.Q 2 = 0.8⋅3.14⋅6.6⋅10 -3 ⋅ (12⋅10 -3 + 6.6⋅10 -3 ) ⋅10⋅10 -3 ⋅0.67⋅7800⋅160 = 2.578 kJ.

Q3 - потери энергии, затрачиваемые на нагрев электродов клещей:Q 3 - energy losses spent on heating the electrodes of the tongs:

Figure 00000012
Figure 00000012

где k2 - коэффициент, учитывающий форму электрода. Для электродов цилиндрической формы k2=1;where k 2 is a coefficient that takes into account the shape of the electrode. For cylindrical electrodes k 2 = 1;

dЭ - диаметр электродов клещей;d E - diameter of the electrodes of the tongs;

сЭ и ρЭ - теплоемкость и плотность металла электродов;with E and ρ E - heat capacity and density of the metal of the electrodes;

х3 - высота нагрева электрода:x 3 - electrode heating height:

Figure 00000013
Figure 00000013

где а Э - температуропроводность металла электродов;where a E is the thermal diffusivity of the metal of the electrodes;

τс=0,3 с. - длительность нагрева (время сварки).τ s = 0.3 s. - heating duration (welding time).

Для бронзовых электродов клещей:For bronze electrode pliers:

Figure 00000014
Figure 00000014

Q3=2⋅1⋅(3,14⋅10-4/4)⋅18,1⋅10-3⋅0,38⋅8900⋅640/8=0,771 кДж.Q 3 = 2⋅1⋅ (3.14⋅10 -4 / 4) ⋅18.1⋅10 -3 ⋅0.38⋅8900⋅640 / 8 = 0.771 kJ.

Общее количество тепла, затрачиваемое на нагрев заготовки и электродов клещей:The total amount of heat spent on heating the workpiece and the electrodes of the tongs:

QЭЭ=Q1+Q2+Q3=3,780+2,578+0,771=7,129 кДж.Q EE = Q 1 + Q 2 + Q 3 = 3.780 + 2.578 + 0.771 = 7.129 kJ.

Сварочный ток (ток нагрева):Welding current (heating current):

Figure 00000015
Figure 00000015

где для сталей коэффициент m1≈1;where for steels coefficient m 1 ≈1;

rдк - сопротивление заготовки в переходе от одного электрода к другому в конце нагрева.r dk - resistance of the workpiece in the transition from one electrode to another at the end of heating.

m1 - коэффициент, учитывающий изменение сопротивления во время сварки. Для низкоуглеродистых сталей k3=1,0-1,1,m 1 - coefficient taking into account the change in resistance during welding. For low-carbon steels k 3 = 1.0-1.1,

Figure 00000016
Figure 00000016

где Ад≈0,87 - коэффициент электросопротивления заготовки в конце процесса нагрева;where A d ≈ 0.87 is the coefficient of electrical resistance of the workpiece at the end of the heating process;

kp - коэффициент, учитывающий неравномерность нагрева заготовки, для сталей kр=0,85;k p - coefficient taking into account the uneven heating of the workpiece, for steels k p = 0.85;

ρ1, ρ2 - удельное электросопротивление материала деталей при температурах 0,8⋅Тн и Тн, т.е., при 0,8⋅640=512°С и 640°С, соответственно.ρ 1, ρ 2 - the resistivity of the material pieces at temperatures 0,8⋅T n and T n, i.e., when 0,8⋅640 = 512 ° C and 640 ° C, respectively.

Для этих температур ρ1=4 мкОм⋅см, ρ1=6 мкОм⋅см [7, стр. 17, рис. 1.8].For these temperatures ρ 1 = 4 μOhmcm, ρ 1 = 6 μOhm⋅cm [7, p. 17, Fig. 1.8].

rдк=0,87⋅0,85⋅1⋅(4⋅10-6+6⋅10-6)/(3,14⋅(12⋅10-1)2/2)=32,71⋅10-3 Ом.r dca = 0,87⋅0,85⋅1⋅ (4⋅10 -6 + 6⋅10 -6 ) / (3,14⋅ (12⋅10 -1) 2/2) = 32,71⋅10 - 3 ohm.

Тогда

Figure 00000017
Then
Figure 00000017

При разной толщине заготовок настройки выбирают, например, по методике [7, стр. 30-31].For different thicknesses of workpieces, the settings are selected, for example, according to the method [7, pp. 30-31].

Сварочное усилие можно найти по выражениям [8, стр. 115, таблица]:The welding force can be found by the expressions [8, p. 115, table]:

Fсв=10 ДаН/мм2⋅πdэ 2, /4 (ДаН) - для мягких режимов нагрева.F St = 10 daN / mm 2 ⋅πd e 2/4 (daN) - for soft heating modes.

F=10⋅3,14⋅102/4=785 ДаН.F CB = 10⋅3,14⋅10 2/4 = 785 daN.

Отсчет разности потенциалов по показаниям микровольтметра осуществляется по максимуму напряжения, т.е. в момент перегиба зависимости потенциала от времени.The reading of the potential difference according to the readings of the microvoltmeter is carried out at the maximum voltage, i.e. at the moment of inflection of the potential versus time.

Изобретение позволяет расширить технологические возможности защиты от электрохимической коррозии сварной металлоконструкции из взаимозаменяемых заготовок, повысить ее эффективность и значительно понизить трудоемкость защитных мероприятий.The invention makes it possible to expand the technological possibilities of protecting a welded metal structure from interchangeable workpieces against electrochemical corrosion, to increase its efficiency and significantly reduce the labor intensity of protective measures.

Изобретение может использоваться при производстве и ремонте сварных металлоконструкций широкого назначения, прежде всего, листовых, оболочковых, резервуарных, трубных, а также корпусных, решетчатых и других металлоконструкций, стойких к электрохимической коррозии и выполняемых из взаимозаменяемых заготовок. В частности, изобретение может использоваться при изготовлении обшивок морских судов, а также палубных настилов, переборок, танков с использованием стыковых, тавровых и угловых сварных швов.The invention can be used in the production and repair of welded metal structures for a wide range of purposes, primarily sheet, shell, tank, pipe, as well as hull, lattice and other metal structures resistant to electrochemical corrosion and made from interchangeable workpieces. In particular, the invention can be used in the manufacture of hulls for sea vessels, as well as deck decks, bulkheads, tanks using butt, tee and fillet welds.

Источники информацииSources of information

1 - Способ контроля режима работы протекторной защиты стальных корпусов кораблей и судов [Текст]: пат. 2589246 Рос. Федерация: МПК G01N 17/00 / Шевцов В.А., Коростылев Д.В., Белозеров П.А., Белавина О.А., Адельшина Н.В.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Камчатский государственный технический». - №2015104363/28; заявл. 10.02.2015; опубл. 10.07.16. Бюл. 19 - 3 с.1 - Method of control of the mode of operation of the protective protection of steel hulls of ships and vessels [Text]: US Pat. 2589246 Rus. Federation: IPC G01N 17/00 / Shevtsov V.A., Korostylev D.V., Belozerov P.A., Belavina O.A., Adelshina N.V .; applicant and patentee Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education "Kamchatka State Technical". - No. 2015104363/28; declared 02/10/2015; publ. 10.07.16. Bul. 19 - 3 p.

2 - ГОСТ 9.056-75. Стальные корпуса кораблей и судов. Общие требования к электрохимической защите при долговременном стояночном режиме. М.: Госстандарт. - 14 с.2 - GOST 9.056-75. Steel hulls of ships and vessels. General requirements for electrochemical protection during long-term standby operation. M .: Gosstandart. - 14 p.

3 - Способ и устройство защиты от электрохимической коррозии сварной металлопродукции [Текст]: пат. 2571293 Рос. Федерация: МПК C23F 13/00 / Веревкин В.И.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Калининградский государственный технический университет». - №2014105150/02; заявл. 15.02.2014; опубл. 20.12.15. Бюл. 35 - 23 с.3 - Method and device for protection against electrochemical corrosion of welded metal products [Text]: Pat. 2571293 Rus. Federation: IPC C23F 13/00 / Verevkin V.I .; applicant and patentee Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education "Kaliningrad State Technical University". - No. 2014105150/02; declared 02/15/2014; publ. 20.12.15. Bul. 35 - 23 p.

4 - Андреев, Н.Т. Ремонт судов [Текст]: монография / Н.Т. Андреев, О.А. Борчевский, В.Г. Луговых [и др.]. - Л.: Судостроение, 1972. - 568 с.4 - Andreev, N.T. Ship repair [Text]: monograph / N.T. Andreev, O.A. Borchevsky, V.G. Lugovykh [and others]. - L .: Shipbuilding, 1972 .-- 568 p.

5 - Веревкин В.И. Повышение стойкости к коррозии судовых металлоконструкций [Текст] / В.И. Веревкин, В.Ф. Игушев, С.А. Терюшева - Морские и интеллектуальные технологии. - №4 (38). Т. 2. - 2017. С. 69-75.5 - Verevkin V.I. Increase of resistance to corrosion of ship metal structures [Text] / V.I. Verevkin, V.F. Igushev, S.A. Teryusheva - Marine and Intelligent Technologies. - No. 4 (38). T. 2. - 2017.S. 69-75.

6 - Справочник по электрохимии. / Под ред. A.M. Сухотина. - Л.: Химия, 1981. - 488 с.6 - Handbook of Electrochemistry. / Ed. A.M. Sukhotina. - L .: Chemistry, 1981 .-- 488 p.

7 - Технология и оборудование контактной сварки [Текст]: учебник для машиностроительных вузов / Б.Д. Орлов, А.А. Чакалев, Ю.В. Дмитриев [и др.]. // Под общ. ред. Б.Д. Орлова. - 2-е изд. - М.: Изд-во Машиностроение, 1986. - 352 с.7 - Technology and equipment of resistance welding [Text]: textbook for engineering universities / B.D. Orlov, A.A. Chakalev, Yu.V. Dmitriev [and others]. // Under total. ed. B.D. Orlova. - 2nd ed. - M .: Publishing house of mechanical engineering, 1986 .-- 352 p.

8 - Кабанов, Н.С. Сварка на контактных машинах [Текст]: монография / Н.С. Кабанов. - М.: Высш. школа, 1979. - 215 с.8 - Kabanov, N.S. Welding on contact machines [Text]: monograph / N.S. Kabanov. - M .: Higher. school, 1979 .-- 215 p.

Claims (2)

1. Способ изготовления сварной металлоконструкции, подвергаемой электрохимической коррозии, выполненной из взаимозаменяемых заготовок, имеющих близкую толщину и физико-химические свойства, включающий зачистку поверхностей заготовок, их размещение в непосредственной близости друг от друга, последовательное измерение максимальных значений термоэлектродвижущих сил, создаваемых в термопарах, образованных в контактах заготовок металлоконструкции, при этом нагревают упомянутые заготовки с помощью клещей для двусторонней точечной контактной сварки до одинаковой температуры, которую уравнивают при каждом измерении путем предварительных настроек клещей, после чего определяют оптимальное распределение заготовок в сварной металлоконструкции из условия соблюдения минимизации максимальных по модулю значений термоэлектродвижущих сил, создаваемых по всем контактам, и отсутствия превышения в контакте хотя бы одной пары заготовок предельно допустимого значения термоэлектродвижущих сил, составляющего 5-8 мВ, затем осуществляют сборочно-сварочные операции и наносят на сварную металлоконструкцию противокоррозионное покрытие, отличающийся тем, что для упомянутого измерения значений термоэлектродвижущих сил проводят определение собственных потенциалов контактирующих заготовок, при этом на внешней поверхности каждой i-й заготовки задают на пересечении координатных осей контрольную точку, соответствующую местоположению оси симметрии электродов клещей, относительно которой отмечают внутренний R1 и наружный R2 радиусы кольца нагрева заготовки до заданной температуры Тзад, устанавливают контактный зажим типа «крокодил» в локальную область заготовки посередине полученного кольца ее нагрева, устанавливают время нагрева электродов сварочных клещей, давление сжатого воздуха в системе их сжатия, измеряют температуру окружающей среды Т0 и определяют разность потенциалов в контакте каждой i-й заготовки с электродом сравнения, причем измерение проводят в упомянутой локальной области заготовки, нагретой до температуры Tзад(i), и дублируют измерение в каждом контакте для повышения статистической достоверности, затем с учетом зависимости потенциала используемого электрода сравнения от температуры измерения находят потенциал электрода сравнения при найденной температуре окружающей среды Т0 и к измеренной разности потенциалов каждого контакта прибавляют найденный потенциал электрода сравнения для определения собственного потенциала каждой i-й заготовки при заданной температуре нагрева Tзад(i), а для определения оптимального распределения заготовок в сварной металлоконструкции заготовки ранжируют по величине собственного потенциала в убывающий ряд, в соответствии с которым находят максимальные значения термоэлектродвижущих сил как разность собственных потенциалов контактирующих заготовок.1. A method of manufacturing a welded metal structure subjected to electrochemical corrosion, made of interchangeable workpieces having a similar thickness and physical and chemical properties, including cleaning the surfaces of the workpieces, placing them in close proximity to each other, sequential measurement of the maximum values of thermoelectromotive forces created in thermocouples, formed in the contacts of the blanks of the metal structure, while the said blanks are heated with the help of tongs for double-sided spot contact welding to the same temperature, which is equalized at each measurement by preliminary settings of the tongs, after which the optimal distribution of the blanks in the welded metal structure is determined from the condition of minimizing the maximum values in modulus thermoelectromotive forces generated across all contacts and the absence of excess in contact of at least one pair of workpieces of the maximum permissible value of thermoelectromotive forces, which is 5- 8 mV, then assembly and welding operations are carried out and an anti-corrosion coating is applied to the welded metal structure, characterized in that for the mentioned measurement of the values of thermoelectromotive forces, the eigenvalues of the contacting workpieces are determined, while on the outer surface of each i-th workpiece, a control is set at the intersection of the coordinate axes the point corresponding to the location of the axis of symmetry of the electrodes of the tongs, relative to which the inner R 1 and outer R 2 radii of the heating ring of the workpiece to a given temperature T back are marked, a crocodile-type contact clip is installed in the local area of the workpiece in the middle of the obtained ring of its heating, the heating time of the electrodes is set welding tongs, the pressure of compressed air in their compression system, measure the ambient temperature T 0 and determine the potential difference in contact of each i-th workpiece with the reference electrode, and the measurement is carried out in the said local area of the workpiece, n aggregated to a temperature T back (i), and duplicate the measurement in each contact to increase the statistical reliability, then, taking into account the dependence of the potential of the reference electrode used on the measurement temperature, find the potential of the reference electrode at the found ambient temperature T 0 and add to the measured potential difference of each contact the found potential of the reference electrode to determine the intrinsic potential of each i-th workpiece at a given heating temperature T ass (i), and to determine the optimal distribution of the workpieces in the welded metal structure, the workpieces are ranked by their own potential in a decreasing series, according to which the maximum values of thermoelectric forces as the difference in their own potentials of the contacting workpieces. 2. Устройство для изготовления сварной металлоконструкции, подвергаемой электрохимической коррозии, выполненной из взаимозаменяемых заготовок, имеющих близкую толщину и физико-химические свойства, содержащее сборочно-сварочные приспособления, источник питания переменного тока, блок управления и средства измерения термоэлектродвижущих сил в контакте заготовок, включающие нагреватель, выполненный в виде клещей для двусторонней точечной контактной сварки с высокоэлектропроводными электродами, предназначенных для пропускания тока и нагрева зажатой заготовки, прибор для измерения термоэлектродвижущих сил заготовок и контактный зажим типа «крокодил» для его зацепления на заготовке на заданном расстоянии от электродов упомянутых клещей, соединенный коммутирующим проводом с первой клеммой упомянутого прибора, отличающееся тем, что средства измерения термоэлектродвижущих сил дополнительно содержат термометр и электрод сравнения, соединенный через выключатель коммутирующим проводом со второй клеммой упомянутого прибора, обеспечивающего измерение термоэлектродвижущих сил в контакте заготовки с упомянутым электродом сравнения.2. A device for the manufacture of a welded metal structure subject to electrochemical corrosion, made of interchangeable workpieces having a similar thickness and physicochemical properties, containing assembly and welding devices, an AC power source, a control unit and means for measuring thermoelectromotive forces in the contact of workpieces, including a heater , made in the form of pincers for double-sided spot contact welding with high-conductive electrodes, designed to pass current and heat the clamped workpiece, a device for measuring thermoelectromotive forces of workpieces and a contact clip of the "crocodile" type for its engagement on the workpiece at a given distance from the electrodes of the mentioned tongs a switching wire with the first terminal of the said device, characterized in that the means for measuring thermoelectromotive forces additionally comprise a thermometer and a reference electrode connected through a switch with a switching wire to the second adhesive mm of the above-mentioned device, providing measurement of thermoelectromotive forces in the contact of the workpiece with the said reference electrode.
RU2019126546A 2019-08-21 2019-08-21 Method and device for protection against electrochemical corrosion of welded metal structure RU2734884C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019126546A RU2734884C1 (en) 2019-08-21 2019-08-21 Method and device for protection against electrochemical corrosion of welded metal structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019126546A RU2734884C1 (en) 2019-08-21 2019-08-21 Method and device for protection against electrochemical corrosion of welded metal structure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2734884C1 true RU2734884C1 (en) 2020-10-26

Family

ID=72949099

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019126546A RU2734884C1 (en) 2019-08-21 2019-08-21 Method and device for protection against electrochemical corrosion of welded metal structure

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2734884C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55107786A (en) * 1979-02-09 1980-08-19 Nippon Kokan Kk <Nkk> Anticorrosion method for inner face of steel tube joint
RU2004626C1 (en) * 1990-07-30 1993-12-15 Товарищество с ограниченной ответственностью "ВНИИСТ - Сварка" Method of cathodic protection of welded joint of pipe line against corrosion
RU2571293C2 (en) * 2014-02-12 2015-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Калининградский государственный технический университет" Protective method and device against electrochemical corrosion of welded metal structure
RU2687647C2 (en) * 2017-10-31 2019-05-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Калининградский государственный технический университет" Method of protection against electrochemical corrosion of welded steel structure
RU2688023C2 (en) * 2017-10-31 2019-05-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Калининградский государственный технический университет" Method of obtaining a welded joint of steel parts resistant to electrochemical corrosion

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55107786A (en) * 1979-02-09 1980-08-19 Nippon Kokan Kk <Nkk> Anticorrosion method for inner face of steel tube joint
RU2004626C1 (en) * 1990-07-30 1993-12-15 Товарищество с ограниченной ответственностью "ВНИИСТ - Сварка" Method of cathodic protection of welded joint of pipe line against corrosion
RU2571293C2 (en) * 2014-02-12 2015-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Калининградский государственный технический университет" Protective method and device against electrochemical corrosion of welded metal structure
RU2687647C2 (en) * 2017-10-31 2019-05-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Калининградский государственный технический университет" Method of protection against electrochemical corrosion of welded steel structure
RU2688023C2 (en) * 2017-10-31 2019-05-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Калининградский государственный технический университет" Method of obtaining a welded joint of steel parts resistant to electrochemical corrosion

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4667149A (en) Precision nondestructive testing of metals
KR19990037108A (en) Corrosion test
CN103217580B (en) Nondestructive evaluation method for electrical connection section
EP2894466B1 (en) Anticorrosive performance deterioration detection sensor, and hot-water supply and heating system provided with same
RU2734884C1 (en) Method and device for protection against electrochemical corrosion of welded metal structure
Glavaš et al. Infrared thermography in energy audit of electrical installations
Wang A fatigue life prediction method for tensile-shear spot welds
RU2571293C2 (en) Protective method and device against electrochemical corrosion of welded metal structure
CN107655941B (en) Transformer winding material detection method
US5399827A (en) Method and device for determining the temperature at a spot-welded joint and a method for assessing the quality of a spot-welded joint
Hassanifard et al. Analytical solution of temperature distribution in resistance spot welding
RU2761846C1 (en) Method and apparatus for protecting a welded metal structure against electrochemical corrosion
JP5718190B2 (en) Defect estimation method for structures made of conductive materials
JP2009074923A (en) Damage detection method for structure made of conductive material
JP5152480B2 (en) Determination method of boiler water pipe corrosion
US3667032A (en) Metal identification meter employing the thermoelectric effect
US3197388A (en) Method and apparatus for estimating corrosion rate
RU2165483C1 (en) Contact joint of electric current lead assembly of cathode section of aluminium cell
JPH0464581B2 (en)
JP2007010385A (en) Potential difference measuring terminal substrate and non-destructive inspection method
CA1173665A (en) Method for detecting whether dissimilar metals are being welded
CN111122655A (en) Infrared thermal image nondestructive testing method based on electric pulse heating
Mizuno et al. Modeling of Galvanic Interactions between AA5083 and Steel Atmospheric Condition
JPS6379053A (en) Corrosion test for metal material
none Professor RN Parkins Receives Whitney Award from NACE