焊接关节在海上结构上的腐蚀疲劳

腐蚀疲劳当涉及到任何海上结构的完整性和安全时，都是一个主要的问题。这些建筑物和船一样，都要经受循环应力由波浪和潮汐运动产生。虽然的效果疲劳由循环载荷引起的，相当于很好地理解，疲劳和腐蚀的组合损害效果可能具有意想不到的后果，并显着缩短了结构的寿命。（阅读更多关于离岸资产的更多信息行业专家讨论海底管道腐蚀管理。）

什么是腐蚀疲劳？

在考虑循环荷载和疲劳的情况下，最简单的方法来可视化之间的关系压力周期数是在S-N图上表示的。如果一个人在标准环境下对一个特定的样品进行测试，看看这样的图表，它将与在任何腐蚀性环境下对同一样品进行的测试有显著的不同。这些腐蚀疲劳图将被移到左边，或有通常的疲劳极限删除，这意味着动态属性和疲劳强度给定的材料被削弱。

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同时疲劳和腐蚀作用的协同效应使得难以确定两者之间的精确相互作用，但是安全假设腐蚀疲劳不仅仅是两个负面影响的简单叠加。虽然我们可以通过材料提高材料的疲劳强度热处理和合金化，如果材料处于腐蚀环境中，所获得的优势很容易被完全中和，因为腐蚀机制通常决定了疲劳极限在这种情况下。实际上，在较低的应力值下疲劳强度的差异是最引人注目的。

观察到的效果与正常疲劳相比

腐蚀疲劳与普通疲劳最大的区别在于裂纹成核和裂纹扩展时间。在平滑标本的正常疲劳试验期间，裂缝成核期占标本寿命的90％，其次是相当快速的裂缝繁殖。另一方面，在腐蚀疲劳的情况下，比率显着变化，并且仅在裂纹引发阶段中仅花了大约10％的样本寿命。（学习如何在文章中进行疲劳测试3基本类型的材料破坏性测试．）

这是当在腐蚀性环境中测试样品时，耐久极限和疲劳强度较低的主要原因。由于样品的这种短部分在裂缝成核中度过了，因此它的推理是重点在评估裂缝传播行为方面更有用，这意味着断裂力学是用于建立这种样本的耐用性的主要工具。

为了这种效果，为了检查裂缝生长行为，使用预破裂的样品，并测量裂缝 - 传播速度。疲劳裂缝以稳定的方式传播，只要应力值低于一个临界值-断裂韧性．这种亚临界裂纹扩展可以相当精确地预测，可以很好地估计在不稳定裂纹扩展(通常持续极短的时间)导致几乎瞬时的干净断裂之前，特定单元可以运行多长时间。

在腐蚀疲劳在发挥腐蚀的情况下，除了初始裂缝形成所需的严重缩短时间之外，裂缝增长也更快。对于任何副临界应力值，应力阈值较低，并且裂缝 - 生长速度较高，这意味着元件故障仅需要短裂缝。

在这种情况下，两个因素在裂纹扩展中起作用:载荷水平和腐蚀类型。常见的腐蚀类型，比如点腐蚀，缝隙腐蚀，电化学腐蚀和微生物腐蚀它们各自对裂纹的形核和扩展有不同的影响。结合试样或结构可能承受的各种类型的动态或循环荷载，腐蚀疲劳具有很大的可能变化范围，因此，非常重要的是要非常熟悉目前的负载水平和腐蚀类型，以确定受这一机制影响的元件的安全寿命。

焊接材料如何影响腐蚀疲劳

焊接件特别容易发生腐蚀疲劳的主要原因之一是焊接通常比结构的其余部分更容易受到的基础材料。如前所述焊接接头腐蚀概述:原因和预防措施，有大量的腐蚀机制瘟疫焊接关节，尤指在电解质，如水。

焊接陆地管道是潜在的候选人之一，而这种特殊机制对海上结构，船舶和水下管道最有害。所有这些系统都在存在非常电解的咸水中，具有大量焊缝，并且受到波浪，潮汐甚至构造本身的标准操作引起的循环负载。

已经进行了几项研究和试验，以确定腐蚀疲劳的影响，特别是在不锈钢和碳 - 锰（C-Mn）钢，其常用于海上立管．这些疲劳试验已经在包括盐水，二氧化碳（CO）的各种环境中进行₂），硫化氢(H₂S)和氯离子．

结论中的一些结论是：

• 根据腐蚀环境的类型，一个试样遭受破坏的速度是对照试样的两到三倍。焊接接头的疲劳寿命在低温(约5°C / 41°F)下降低了3倍，但在高温下降低的幅度更大。
• 海水对细粒材料有特别不利的影响微观结构，如高强度低合金（HSLA）钢以及再结晶部分的焊接部分热影响区，因为疲劳和疲劳的效果和氢脆在裂纹扩展。这种负面效应甚至出现在材料中阴极保护（CP）．
• 硫化氢对干燥，油和水环境中的疲劳性能具有极大的不利影响。油中的干硫化氢或油硫化氢可以在高浓度下将裂缝生长增加35倍，效果较低浓度较弱。在水含有硫化氢的情况下，效果甚至更差：疲劳裂纹生长速率可以增加百倍或更大。

如何防止或减轻腐蚀疲劳

虽然没有真正的方法来完全防止腐蚀或疲劳，但可以采取步骤来减少这些破坏机制的影响，并显着延长受影响结构的寿命。

最直接的步骤是以最小化或优选地完全消除循环应力的方式设计一种结构。关键部分和关节的正确形状可以减少残余应力，有助于减少应力集中，并有助于在整个组件上分散负载。应尽量避免振动、颤振和负荷、温度和压力的快速变化。

如果存在硫化氢，阴极保护可能是有害的，因此应注意选择合适的腐蚀保护方法．材料应该是正确的选择对于特定的腐蚀性环境，应该以一种方式对预期的运营温度，腐蚀性剂和其他因素的最佳耐腐蚀性进行处理。限制至少两个因素（疲劳和腐蚀）限制至少一个是非常重要的，因为它们的综合行为对可靠性和更糟糕的影响使用寿命弱势系统或结构。