水利工程在役設備腐蝕檢測方法

1、 水利工程在役設備腐蝕檢測方法作者：小陽 偉平 杜剛民摘要：本文介紹了水工金屬結構在役設備的主要腐蝕類型、檢測容及數(shù)據(jù)處理方法，供在進行安全檢測或常規(guī)維護時參考。關鍵詞：金屬結構腐蝕檢測1.前言閘門及啟閉機是水利水電工程日常運行的主要組成部分，對水利水電工程的安全渡汛、防洪和合理調(diào)配水資源起著十分重要的作用。目前，我國約有50%的閘門及啟閉機處于超期服役狀態(tài)，存在著嚴重的安全隱患。根據(jù)水利部全國大中型水利工程閘門及啟閉機更新改造規(guī)劃有關要求，應對金屬結構設備進行安全檢測，其中腐蝕狀況檢測是主要容之一。水利部水工金屬結構質(zhì)量檢驗測試中心近年已對全國四十余座水庫、水電站金屬結構進行了安全檢測，根據(jù)

2、相關規(guī)的要求及安全鑒定專家會的意見，對腐蝕檢測容、方法及數(shù)據(jù)處理進行總結。2.腐蝕檢測容根據(jù)SL 101-94水工鋼閘門和啟閉機安全檢測技術規(guī)程第4.3.2條的規(guī)定，腐蝕檢測容有：腐蝕部位及其分布情況；嚴重腐蝕面積構件的蝕余截面尺寸；蝕坑或蝕占閘門和啟閉機或構件表面積的百分比；遭受腐蝕損壞（孔）的深度、大小、發(fā)生部位、蝕坑（或蝕孔）密度。3 腐蝕類型及分布金屬材料在環(huán)境作用下（包括化學、電化學和物理因素的綜合作用）發(fā)生的損壞和性能下降就是腐蝕。就金屬結構而言，腐蝕不僅僅是銹蝕，還有多種形態(tài)的局部腐蝕，如坑蝕、縫隙腐蝕、水線腐蝕、磨（沖）蝕、氣蝕、生物腐蝕及應力腐蝕等。腐蝕發(fā)生的初始階段不容易引

3、起人們的注意，加上有銹層的掩蓋，但隨著運行年限的增長，局部腐蝕容易誘發(fā)突發(fā)性事故，危害性很大，應引起我們運行管理部門及檢測部門的注意，作好日常維護及安全檢測工作。金屬的腐蝕從形態(tài)上分有全面腐蝕和局部腐蝕兩大類。3.1全面腐蝕全面腐蝕是一種常見的腐蝕形態(tài)，它的腐蝕特征是在金屬的整個暴露表面或一個大面積上普遍地發(fā)生化學或電化學反應，可以是均勻的，也可以是不均勻的。由于水工金屬結構常處在水下或潮濕的環(huán)境，發(fā)生大面積腐蝕的部位較多，鋼閘門水線上下部位和容易積水的主梁、小橫梁等最為常見，處在門槽的邊梁也容易發(fā)生全面腐蝕。3.2局部腐蝕局部腐蝕是指金屬表面上各部分的腐蝕速度存在明顯差異，特別是指金屬表面的

4、大部分腐蝕速度很小，而在有限的表面區(qū)域，腐蝕速度卻很快。下面就檢測中常見的幾種典型的局部腐蝕類型及發(fā)生部位分布介紹如下：坑蝕坑蝕是最常見的一種局部腐蝕類型，普遍發(fā)生在結構的各個部位。主要與材料的成分不均勻、表面狀態(tài)及水中介質(zhì)成分（主要是氯離子）有關。其特征是在一定的區(qū)域圍，蝕孔不斷地向縱深處發(fā)展，若連續(xù)發(fā)展能導致鋼板穿孔。在漢江杜家臺分洪閘進行安全檢測時，其啟閉機中間軸（無縫鋼管）發(fā)生的是一種典型的坑蝕。后經(jīng)安全校核，更換了啟閉機的中間軸?？p隙腐蝕水工金屬結構中經(jīng)常遇到金屬鉚接、螺栓連接等結構，還有水封與座板、法蘭盤聯(lián)接等結構都不可避免地存在縫隙。當這種具有縫隙的結構暴露在易發(fā)生腐蝕的介質(zhì)中時

5、，在縫隙的局部圍常常會發(fā)生嚴重的腐蝕。在水工金屬結構中，最常見的縫隙腐蝕發(fā)生在螺栓、水封等部位。當然，常見的螺栓銹禿的情況還與電偶腐蝕等因素有關。生物腐蝕生物腐蝕是由于淡水或海水中的動物或植物引起的，在水工金屬結構上一般以動物（貝類）為主。第一步是生物粘附在金屬上，其后由于表面遮蓋不均勻、厭氧菌的活動或生物死亡腐爛而產(chǎn)生的硫化氫等，產(chǎn)生新的腐蝕環(huán)境，直接或間接地促進金屬腐蝕。其主要的外觀特征是在生物附著處形成較為明顯的蝕坑。以海洋生物腐蝕為主，主要發(fā)生在沿海的防潮閘，較為潔凈的淡水流域也能見到生物腐蝕，如丹江口水庫岔取水閘（南水北調(diào)中線第一取水口），其腐蝕類型以生物腐蝕為主。水線腐蝕水工金屬結

6、構處于半浸沒狀態(tài)時，在水線稍下的部位，由于溶氧量豐富（空氣中的氧能迅速溶入補充），會優(yōu)先受到腐蝕而形成一條銹蝕線，稱水線腐蝕。如圖1所示。在水位較穩(wěn)定的水庫閘門上經(jīng)常能看到這種局部腐蝕。         圖1 水線腐蝕 焊縫腐蝕水工金屬結構存在大量的焊縫，在焊接過程中會在焊縫局部產(chǎn)生很大的應力及各種（微觀）組織缺陷，兩種因素的綜合作用，會加速焊縫部位的腐蝕。如果沒有涂層保護或者保護效果不好，水工金屬結構的焊縫會優(yōu)先腐蝕。92年，在檢測洲壩電站檢修門時，其發(fā)生典型的焊縫腐蝕，在大部分噴鋅層基本完好

7、的情況下，沿焊縫部位發(fā)生了銹蝕，不得不全部重新處理。在上猶江電站進行安全檢測時，由于閘門長時間沒有有效的防護，也發(fā)生典型的焊縫腐蝕，焊縫部位因銹蝕比面板凹陷了3mm。沖蝕（磨蝕）由高速水流或含泥沙顆粒、氣泡的高速流體直接不斷沖擊下，金屬表面造成的磨蝕，又稱為沖擊腐蝕。它是由高速流體的機械破壞與電化學腐蝕兩種作用對金屬共同的破壞的結果。在一些高水頭、含沙量大的電站工作門底緣和電站壓力鋼管彎管段經(jīng)常會出現(xiàn)這種腐蝕現(xiàn)象。另外，常見的局部腐蝕類型還有電偶腐蝕、應力腐蝕等。4 檢測方法及儀器腐蝕檢測主要是測量金屬結構件的蝕余厚度，并以其為依據(jù)進行強度、剛度復核計算。下面簡單的介紹幾種常用的測量方法。蝕余

8、厚度超聲波測量法利用超聲波測厚儀測量鋼板蝕余厚度是最常用和最精確的一種無損檢測方法，測量精度可達0.01mm。但檢測時要求被測表面平整光潔，這樣才能與超聲波探頭很好地耦合。超聲波測厚儀也可用于較大的蝕坑蝕余厚度的測量，但要用砂輪機進行打磨，直到蝕坑底部出現(xiàn)平面。超聲波測厚儀的另外一個優(yōu)點是能直接測量出無縫鋼管的壁厚，如測量啟閉機的中間軸銹蝕情況等。圖2 蝕坑深度測量應當注意的是，用超聲波測厚儀測量蝕余厚度時，如果在探頭放置面上有涂層存在的情況下，應當用測出的蝕余厚度減去2倍的涂層厚度值，即為最終的蝕余厚度(涂層厚度用涂層測厚儀量出)。其原因是，超聲波(縱波)在涂層中的聲速（環(huán)氧類和聚脂類涂料約

9、24003000 m/s）是其在鋼板中聲速（約5900 m/s）的一半，反應在超聲測厚儀上的厚度值則相當于鋼的兩倍，我們作的樣板試驗證明了這個事實。對于噴鋅、鋁的復合涂層，雖然超聲波(縱波)在鋅、鋁中的聲速與鋼近似，但由于其上復合有較厚的有機涂層，樣板試驗結果證明同樣需減去約兩倍的涂層厚度。另外，使用超聲波測厚儀時，聲波傳到鋼板的底面即形成回波，所以與鋼板背面的涂層沒有關系，在測量蝕余厚度時不用考慮鋼板背面涂層的情況。銹蝕深度測量法該種方法是直接量出銹坑的深度，也就是用數(shù)據(jù)直接反應出銹蝕量，其特點是較為直觀，容易求出年腐蝕速度。測量儀器常用焊縫檢驗尺，精度為0.05mm，測量方法如圖2示意，用

10、帶尖的游標尺子，可以量出蝕坑的深度。腐蝕曲線法圖3 腐蝕曲線法為了更形象地描述鋼板表面的腐蝕類型及其狀態(tài)，也可做出鋼板表面的腐蝕曲線。此種方法一般作為輔助手段配合前兩種方法使用，特別是鋼板表面的腐蝕類型較為單一時，采用此法較有代表性。如圖3所示為在杜家臺分洪閘檢測時的表面腐蝕曲線。可以直觀地看出是典型的坑蝕，蝕坑深度3mm 左右。另外，使用照片也是描述腐蝕類型、狀態(tài)和程度的最直觀和最常用手段。5 數(shù)據(jù)處理列表法將所檢測到的腐蝕數(shù)據(jù)用列表法給出，并分別求出蝕余厚度平均值、平均腐蝕率、腐蝕速率的平均值和最大值。對于蝕余厚度小于6 mm或發(fā)生銹損的構件，達到SL 226-98水利水電工程金屬結構報廢

11、標準規(guī)定需要更換的可在表中直接標出。列表法最大的優(yōu)點是直觀、信息量大，能直接提供強度和剛度復核計算需要的數(shù)據(jù)，能從表中看到金屬結構構件全面的腐蝕狀況（數(shù)據(jù)）。如表1為某水閘1號閘門腐蝕狀況檢測表。 表1 某水閘1號閘門腐蝕狀況檢測表檢測部位原始厚度mm蝕余厚度mm平均蝕余厚度mm平均腐蝕率%最大腐蝕mm腐蝕速率（mm/a）平均值最大值主桁架前弦桿129.29.39.69.09.39.322.53.00.1170.130面板107.98.08.37.88.18.020.02.20.0870.096邊梁翼緣板109.19.29.09.09.29.19.01.00.0390.043邊梁腹板

12、108.08.18.28.08.18.119.02.00.0830.087小橫梁185.15.25.05.25.15.136.33.00.1260.130小橫梁285.96.06.15.75.85.926.32.30.0910.100小橫梁386.35.95.56.06.16.025.02.50.0870.109注：表中斜粗體數(shù)字均小于標準規(guī)定的6mm，需做更換處理。對比圖法為了直觀地描述鋼結構的腐蝕狀況，可用對比圖法對比給出鋼板的原始厚度和蝕余厚度（平均），直接得出鋼板的腐蝕速度。此方法一般作為列表法的補充手段配合應用。如圖4為某大壩安全檢測時6#孔鋼閘門腐蝕狀況對比圖。直方圖法通過對檢測數(shù)

13、據(jù)的統(tǒng)計表，可以做出各閘門銹蝕量的頻數(shù)分布直方圖及主要構件總體腐蝕量頻數(shù)分布直方圖。對圖表進行分析，可以得出閘門的主要腐蝕狀況、各構件的腐蝕程度，最大腐蝕速度等。圖4 某大壩6#孔鋼閘門腐蝕狀況圖如圖5為某閘2#閘門銹蝕量頻數(shù)分布，從圖中可以明顯地看出腐蝕量在1.0mm處頻數(shù)最大，說明普遍腐蝕程度1.0mm左右。腐蝕量大于4.5mm的數(shù)據(jù)也較集中，此為某構件（小橫梁）嚴重銹蝕的反映。 總之，幾種測量方法和數(shù)據(jù)處理方法都各有長處，可以單獨使用，也可互相配合使用，應根據(jù)金屬結構件腐蝕的具體情況加以選擇應用。6.結語無論是進行水工金屬結構的安全檢測還是常規(guī)維護，都應對其腐蝕狀況進行科學的檢測，為大壩金屬結構安全復核提供準確的數(shù)據(jù)。同時，通過對腐蝕類型分析和腐蝕