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如何进行与腐蚀相关的失效分析

通过史蒂文·布拉德利 |的审查,马丁·罗德里格斯选择目录
发布日期:2021年8月18日
关键的外卖

进行根本原因分析,以确定腐蚀失效的确切原因,并确定适当的补救措施,需要详细和彻底的分析。

来源:istock

进行根本原因分析,以确定腐蚀失效的确切原因,并确定适当的补救措施,以防止未来再次发生,需要彻底和详细的分析失效分析.故障分析专家可以在产品生命周期的任何时刻参与,包括设计、制造、服务期间,以及最终当某个部件出现故障时。出于本文的目的,我们将只关注腐蚀或与环境相关的故障,其中包括应力腐蚀开裂,腐蚀疲劳,侵蚀腐蚀,点状腐蚀,缝隙腐蚀,电化学腐蚀,under-deposit腐蚀,微生物腐蚀的影响,氢脆丝状腐蚀

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腐蚀失效分析的关键步骤

故障分析的步骤通常包括:

  1. 信息收集
  2. 初步外观检查和文件编制
  3. 非破坏性测试
  4. 通过机械、化学和热测试对材料性能进行表征
  5. 为后续分析选择样本
  6. 断口、二次裂纹及表面状况的宏观检查
  7. 显微镜检查
  8. 截面的选择、准备和检查
  9. 故障机制识别
  10. 模拟失败的测试
  11. 数据审核,结论制定和报告

信息收集阶段

对于与腐蚀相关的故障,信息收集对于识别服务参数非常重要,可能包括检查工艺数据和日志以及操作程序。这些信息对于开发分析方法以及确定根本原因的核心部分是非常有帮助的。必要的信息包括:

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  1. 故障部件的应用、使用和功能
  2. 规定的材料,如果是焊接的,焊接耗材和应用的焊接程序
  3. 失效部件的使用寿命和使用寿命
  4. 以前是否有过故障(包括故障的类型和频率)。
  5. 维修和检查记录
  6. 工作温度,包括温度漂移和工作压力
  7. 停机次数,包括紧急停机及其持续时间
  8. 如果在停机时指定了铺层程序(湿式或干式)
  9. 启动和关闭程序
  10. 内部和外部的服务环境
  11. 设计和维修变更
  12. 邻近的冶金
  13. 设计温度和压力

例如,温度漂移可以了解高温腐蚀,不寻常的工艺条件可能表明意外存在腐蚀或腐蚀性更强的操作环境,而维护/检查日志可能显示快速的金属流失或腐蚀速率。注意,设计参数可能不能反映运行条件;任何偏差都可能是失败的根源。任何清除危险化学品的清洁程序都必须报告,因为这些程序可能会改变腐蚀/化学沉积物。在停机时,硫化物等腐蚀垢可能被氧化,这可能会影响后续的数据解释。除了启动和关闭程序外,还规定了铺层程序,目的是在工艺停运期间,对一些关键设备排除水分(干铺层)或氧气(湿铺层)。停电期间的腐蚀过程是很常见的,特别是当化学条件不受控制的时候。该信息是根本原因分析的起点。

故障部件的外观检查和文档是故障分析的基石,因为故障可能与整个部件的设计和操作有关。对于现场故障,组件可以相当大,照片文件可以很有用的说明和记录观察;当现场调查员不是实验室的分析师时,情况尤其如此。现场调查可能包括将抽样送到实验室,这些地点也必须记录在案。

如果故障在视觉上不是很明显,则可以进行无损评估,以确定泄漏的位置。所选择的特定无损方法主要取决于所要发现的缺陷(裂纹、凹坑、水泡等)的类型。通常使用染料渗透剂,但这一过程可能会在腐蚀产品上留下残留,这可能会使后续分析的解释复杂化。188app彩票

用于分析的样本选择往往是有限的。样品可能被送往多个实验室,或者由于维修要求,只能取出一小部分样品。水垢样品必须以防止污染的方式取出,并记录其位置,并将每个位置的样品储存在一个新的不同的聚乙烯瓶中。应去除冶金样品,以尽量减少高温暴露或对样品的损坏。在可能的情况下,几英寸到一英尺应该把失败与切割的金属分开。切削产生的高温可以改变金相组织(即不锈钢的敏化)和冲击腐蚀产品。188app彩票远离故障位置的样本可能对比较有用,应该包括在文档过程中。工艺解决方案的分析也可能有助于确定潜在的意外腐蚀。同样,玻璃瓶应该避免,因为它们经常在运输中破碎。对于气体,涂有二氧化硅的金属钢瓶是有用的。

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检查数据

一旦实验室收到了所有的样品,并与现场调查员审阅和讨论了文件,光学显微镜下的详细检查将提供对故障的初步理解。我们应该从肉眼开始,发展到立体光学显微镜。凹坑、裂纹、腐蚀产物位置和断口的摄影记录将有助于选择样品进行后续分析,并进一步了解问题的原因。例如,冷凝管的液体/蒸汽界面上的点蚀可能是露点腐蚀的指示,最好用数码相机记录。当腐蚀垢颜色不同时,记录样品的分析位置对于确定腐蚀进程非常有用。

对选定的腐蚀产物进行分析可以很好地了解腐蚀188app彩票种类。最常用的分析工具是与扫描电子显微镜(SEM)或x射线衍射(XRD)相结合的能量色散x射线光谱(EDS).利用EDS,可以识别与腐蚀产物相关的元素;188app彩票用x射线衍射仪测定晶体的种类。因此,例如,通过XRD, Fe2O3.与Fe3.O4以及产生该物种的过程条件。

读:分析水中腐蚀产物188app彩票

金相分析在识别应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳或微生物腐蚀方面非常有用。在截面上对坑进行抛光,并对坑底的腐蚀产物进行分析,可以深入了解坑的形成原因。188app彩票这种样品制备应干燥,以避免水溶解水垢。小心选择安装介质是至关重要的,以便尽量减少抛光过程中的边缘圆角和元素干扰。例如,大多数环氧树脂含有氯,因此如果怀疑氯腐蚀,应避免使用。

断口学,可以说是断裂部件失效分析中最有价值的一步,已经在冶金领域使用了几个世纪。在用光学显微镜检查断口表面后,下一步是在扫描电镜中检查选定的位置。188app彩票断口表面的腐蚀产物可以通过EDS进行识别.在裂纹尖端,断裂形态可以识别为穿晶或沿晶,或可以确定疲劳条纹的存在。在清洗断口表面时必须小心,以防止任何损伤或开启二次裂缝

寻找腐蚀的根本原因

一旦建立了故障模式并编写了报告,下一步就是使用这些信息以及操作条件的文档来进行根本原因分析并决定如何防止此类事件再次发生。根本原因分析团队应该跨越组织中的功能边界。分析的目的是识别失效的相互关联的原因,并建议适当的纠正措施,以防止未来发生。这包括完全理解如何修复问题和潜在的潜在问题。预防措施可能包括修改设计或核心工序操作而不仅仅是改变冶金。后续评估是确定纠正措施是否实际解决了问题或产生了额外问题的关键步骤。

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写的史蒂文·布拉德利|布拉德利咨询服务公司首席顾问

史蒂文·布拉德利的头像

史蒂文·布拉德利目前是布拉德利咨询服务从UOP-Honeywell担任高级研究员44年后退休。

Steven还是ASM失效分析协会的会员主席,也是伊利诺斯州的注册专业工程师。他发表了60多篇技术论文,涉及复杂系统的失效分析、材料表征和材料和催化剂的先进电子显微镜,并拥有16项专利。Steven在西北大学获得了材料科学与工程的学士学位和博士学位。

除了是ASM和ASTM的成员,他还是NACE和ACS的成员。

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