hcor = ∑ m K1 im cor ρt m EW = K1 EW ρ ∑ m i m cor tm (9)
wcor = ∑K2 im cor tm EW = K2 EW ∑i m cor tm (10)
m m
式中 :tm為第 m種環(huán)境作用時(shí)間 ;m為環(huán)境類型序號(hào)。
3 環(huán)境嚴(yán)酷性指數(shù)的建立
首先引入環(huán)境嚴(yán)酷性指數(shù) [4 ],在腐蝕損傷效應(yīng)情況下使 : im
ESI = cor tm (11)
∑
m
由式 (11)可見(jiàn) ,環(huán)境嚴(yán)酷性指數(shù)是由多種不同環(huán)境類型 /要素 /強(qiáng)度在其作用時(shí)間內(nèi)分別產(chǎn)生
的腐蝕電流密度之和 ,即多種不同環(huán)境產(chǎn)生的腐
環(huán)境當(dāng)量化是指 ,在腐蝕損傷等效原則下 ,用蝕總電量。在腐蝕率情況下 ,由式 (5)和式 (6),則式 (11)間當(dāng)量地取代另一種環(huán)境類型 /要素 /強(qiáng)度及其作用時(shí)間或多種不同環(huán)境類型 /要素 /強(qiáng)度及其作用
(12)
可表示為
或
δw cor
ESI =(13)
K2 EW 在腐蝕量情況下 ,用式 ( 9)和式 ( 10),則式
(11)也可表示為 ρhcor
ESI =(14)
K1 EW
或
ESI =wcor (15)
K2 EW 此時(shí) ,環(huán)境嚴(yán)酷性指數(shù)實(shí)際上就成為環(huán)境嚴(yán)酷度指數(shù)。由式 (11)～式 (15)可知 ,環(huán)境嚴(yán)酷性 /度指數(shù)可以用腐蝕電流密度、穿透率、質(zhì)量損失率、穿透量或質(zhì)量損失量分別表示。環(huán)境嚴(yán)酷性 /度指數(shù)實(shí)質(zhì)上表征了材料腐蝕損傷的嚴(yán)重性 /度。對(duì)于同一種材料 ,環(huán)境嚴(yán)酷性 /度指數(shù)與腐蝕損傷率 /量成正比。但是 ,應(yīng)該指出 :考慮到一種材料的成分、組相、晶粒和雜質(zhì)等的不均勻性 ,特別是 ,當(dāng)材料組成結(jié)構(gòu)以后 ,再考慮到局部環(huán)境的差異、結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的構(gòu)型特點(diǎn)和受力狀態(tài)與水平的不同 ,材料腐蝕類型、腐蝕形態(tài)和腐蝕損傷率 /量都會(huì)有所變化而不同 ,因此 ,實(shí)際上 ,環(huán)境嚴(yán)酷性 /度指數(shù)或腐蝕損傷率 /量總是以概率形式出現(xiàn) ,此時(shí) ,可采用腐蝕損傷概率模型和相應(yīng)的概率分析方法 [4 ]。由式 (11)～式 ( 15)還可發(fā)現(xiàn) ,環(huán)境嚴(yán)酷性 /
度指數(shù)并不需要一定用環(huán)境類型 /要素 /強(qiáng)度本身表示 ,這就避免涉及環(huán)境類型 /要素 /強(qiáng)度本身復(fù)雜的物理 /化學(xué)特性與它們多種多樣的成分、含量、烈度和濃度等。而可以直接用腐蝕電量或腐蝕機(jī)械量確定環(huán)境嚴(yán)酷性 /度指數(shù)。
環(huán)境嚴(yán)酷性 /度指數(shù)不僅與環(huán)境本身有關(guān) ,而且更重要的是與材料 /結(jié)構(gòu)有關(guān) ,一種環(huán)境對(duì)某一種材料 /結(jié)構(gòu)嚴(yán)酷 ,而對(duì)另一種材料 /結(jié)構(gòu)不一定嚴(yán)酷 ,可以設(shè)定某一種材料 /結(jié)構(gòu) %環(huán)境系統(tǒng)為參考或標(biāo)準(zhǔn) ,建立起環(huán)境嚴(yán)酷性 /度指數(shù)體系。
環(huán)境嚴(yán)酷性指數(shù)的單位可為 μA/ cm2或 A/ m2。環(huán)境嚴(yán)酷度指數(shù)的單位可為 (μA/cm2) a, (A/ m2)a , (μA/ cm2) d或 ( A/m2)d。
4 環(huán)境當(dāng)量化
時(shí)間 %即環(huán)境譜對(duì)材料 /結(jié)構(gòu)腐蝕的作用。
假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的 (參考的 )環(huán)境類型 /要素 /強(qiáng)度用上標(biāo) ‘0’表示 ,根據(jù)上述環(huán)境當(dāng)量化的定義 ,多種不同環(huán)境類型 /要素 /強(qiáng)度及其作用時(shí)間 %即環(huán)境譜產(chǎn)生的腐蝕損傷應(yīng)等于標(biāo)準(zhǔn)的 (參考的 )環(huán)境類型 /要素 /強(qiáng)度及其作用時(shí)間產(chǎn)生的腐蝕損傷 ,則得
im i0
cor cor
hcor =K1 ρtm EW =K1 ρt0 EW (16)
∑
m
K2 im K2 i0
wcor = cor tm EW = cor t0 EW (17)
∑
m
由式 (16)和式 (17)可得到
cor
tm (18)
imt0 =
cor tm
/i0cor=
∑
∑
ii0 m
cor
m m
令
im βm= cor (19)
i0
cor
則
t0 =(βmtm) (20)
∑
m
式中 :β為第 m種環(huán)境類型 /要素 /強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)的
m
(參考的 )環(huán)境類型 /要素 /強(qiáng)度所產(chǎn)生的腐蝕電流密度之比 ,由式 (5)和式 (6)可知 ,它也可用腐蝕穿透率或質(zhì)量 /重量損失率分別表示
,即
δhm
cor (21)
βm=
δh0
cor
或
m
δwcor
βm= 0 (22)δwcor
所有這些 β值 (如式 (19)、式 (21)和式 (22)各式表示)都稱之為環(huán)境當(dāng)量化系數(shù)。顯然 ,有
βm-1 = tm 0 (23)
t為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境類型 /要素 /強(qiáng)度作用時(shí)間 1d相當(dāng)?shù)?m種環(huán)境類型 /要素 /強(qiáng)度作用時(shí)間的天數(shù)。
環(huán)境當(dāng)量化系數(shù)可以有很多種形式 ,例如 :某單一環(huán)境要素強(qiáng)度與該環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)要素強(qiáng)度之間的當(dāng)量 ;某單一環(huán)境類型的某兩個(gè)要素強(qiáng)度的組合與該環(huán)境類型標(biāo)準(zhǔn)要素強(qiáng)度組合之間的當(dāng)量 ;某一環(huán)境類型的某要素強(qiáng)度 (或其組合 )與另一環(huán)境類型標(biāo)準(zhǔn)要素強(qiáng)度 (或其組合 )之間的當(dāng)量 ;某一綜合環(huán)境的某要素強(qiáng)度 (或其組合 )與另一綜合環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)要素強(qiáng)度 (或其組合 )之間的當(dāng)量 ;某一地區(qū)的綜合環(huán)境當(dāng)量折算為與另一標(biāo)準(zhǔn)地區(qū)的綜合環(huán)境當(dāng)量以及某一環(huán)境譜與另一標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境譜之間的當(dāng)量等。
5 典型金屬材料的環(huán)境嚴(yán)酷性指數(shù)及環(huán)
為簡(jiǎn)便起見(jiàn) ,將腐蝕損傷統(tǒng)一用腐蝕深度或質(zhì)量 /重量損失表示。
在環(huán)境嚴(yán)酷性指數(shù)計(jì)算中 ,計(jì)算公式見(jiàn)式 (12)～式 (15) ,金屬和合金的當(dāng)量權(quán)見(jiàn) ASTMG102289的表 1[3] ,密度見(jiàn) ASTMG1290的附錄 [9]。
由于同類金屬和合金的當(dāng)量權(quán)及密度均相差不大 ,在工程計(jì)算中都可取其平均值。
因篇幅所限 ,本文只給出結(jié)構(gòu)鋼在大氣相對(duì)濕度和 SO2、海水含鹽量及不同地點(diǎn)的環(huán)境嚴(yán)酷性指數(shù)和當(dāng)量化系數(shù) ,計(jì)算分別見(jiàn)附表 1～4(本文略 ),計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖 1,相關(guān)腐蝕數(shù)據(jù)取自文獻(xiàn) [12 ]。
由計(jì)算結(jié)果可見(jiàn) ,結(jié)構(gòu)鋼腐蝕量相同時(shí) ,在相對(duì)濕度 95 %大氣中腐蝕作用時(shí)間一天相當(dāng)在相對(duì)濕度 50 %大氣中腐蝕作用時(shí)間
421 6天 (見(jiàn)附表 1或圖 1 (a) ,本文略 [12] ) ;在 SO2含量 01 16 %大
略[12] ) ;在萬(wàn)寧橫山村海濱一天相當(dāng)在廈門海洋平臺(tái)上 0180天 (見(jiàn)附表 4,略[12 ] )。又由附表 1和附表 2,此文略 [12] ,結(jié)構(gòu)鋼在大氣相對(duì)濕度 95 %大氣中一天相當(dāng)在 SO2含量 0116 %大氣中 0160天。
6 環(huán)境簡(jiǎn)化、折算算例
ESI當(dāng)量方法可廣泛應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)中的腐蝕防護(hù)與控制設(shè)計(jì) ,為確定結(jié)構(gòu)表面涂層腐蝕防護(hù)有效期及評(píng)估結(jié)構(gòu)檢查周期 /日歷壽命提供當(dāng)量環(huán)境 /環(huán)境譜。由于篇幅所限 ,本文只根據(jù) 5節(jié)計(jì)算結(jié)果給出環(huán)境譜簡(jiǎn)化或折算的一個(gè)算例。
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