Fém szerkezetek javítása
Anyaghibák, korrózió és okai, Javítás Salem G. NEHME egyetemi docens
Általános szerkezeti acélok
Fémes kötés
Rácshibák Pontszerű hibák:
Pl. diszlokáció
Kétdimenziós hibák: Kristályhatár
⇒Fázishatár
Fémek csoportosítása
Sűrűség alapján: nehézfém > 4,5 kg / l könnyűfém < 4,5 kg / l Olvadáspont:
magas olvadáspontú 1750 °C fölött
Korrózióállóság:
nemesfémek nem nemes fémek
Ötvözetek:
ALAPANYAGOK: Fe, Cu, Al, Zn, Pb, Sn, Mg ÖTVÖZŐK: Be, Cr, Cd, Co, Mn, Mo, Ni, Ti, V, W
A fémek korrózióját befolyásoló főbb tényezők, összetett hatások – – – – – – – – – – –
ötvöző és szennyező elemek hatása a mikroszerkezet hatása a gyártási technológia (hegesztés, hőkezelés, hideg- és melegalakítás) hatása feszültségek, mechanikai igénybevételek hatása a fém felületi állapota a korróziós környezet hatása a rendszer hõmérsékletének hatása a közeg áramlásának a hatása a felületek relatív csúszásának a hatása (Fretting korrózió) mikroorganizmusok hatása
A hegeszthetőség feltétele
Ahol az ötvözőket %-ban kell helyettesíteni, ‘d’ a lemezvastagság és C=0,22 %.
Hegesztett szerkezetekhez használt lágyacélok: •C < 0,25 % => nagyon érzékenyek az üzemeltetési hőmérséklet változásra •A Mn (0,1 % növelésre 8-10 °C csökken) és a Ni (kb 2 %-ig kedvezően hat a szívósságra) jelentősen csökkenti az átmeneti hőmérséklet értékét
TERVEZÉS - KIVTLEZÉS (MEGVALÓSÍTÁS) – - FENNTARTÁS (ÜZEMELTETÉS)-FELÚJÍTÁS n
TERVEZÉS: -pl. helyes anyagválasztás (anyagok
n
KIVITLEZÉS (MEGVALÓSÍTÁS): -pl. helyes
n
FENNTARTÁS (ÜZEMELTETÉS): - gazdaságosság,
n
FELÚJÍTÁS: -újrahasznosíthatóság pl. anyagok körforgalma,
összeférhetőség), élettani tényezők, esztétika <- DIAGNOSZTIKA ELŐZETES ÁLLAPOTFELVÉTELHEZ építéstechnológia <- DIAGNOSZTIKA ÉPÍTÉS KÖZBENI ELLENŐRZÉSEK élettartam, tartósság <- DIAGNOSZTIKA FOLYAMATOS ÁLLAPOT FELVÉTEL pl. bauxit betonos épületek diagnosztika <- DIAGNOSZTIKA ÁLLAPOTFELMÉRÉS KÖLTSÉGBECSLÉSHEZ, SZÜKSÉGES BEAVATKOZÁSOK MEGÁLLAPÍTÁSÁHOZ
Fémkorróziós jelenségek csoportosítása A megjelenési forma és eloszlás, a korróziót okozó közeg, a korróziós alapfolyamatok szerint: A megjelenési forma szerint: – – – – –
egyenletes lyukkorrózió (pitting, bemaródásszerû, szivacsos) kristályszerkezeti (kristályközi, szelektív) korróziós repedések (feszültségi, fáradási) különleges korrózió fajták (felhólyagosodás,lemezes, filiform korrózió)
Eloszlása:
– általános, – helyi korrózió
Korróziós alapfolyamatok szerint: – Kémiai (0,4 nm távolságig) – Elektrokémiai (általában lyukkorrózió)
A fémionok kilépési energiája szerint megkülönböztetünk: Kémiai korrózió A fémion és elektronkilépés térbelileg nem elválasztva 0,4 nm távolságon belül következik be. Függ: - felület egyenetlensége - keletkezett oxid minősége (pl. zárt v. lyukacsos), lassítja a korróziós folyamatot pl. passzívál cink, rm. ötvözetek) Elektrokémiai korrózió A részfolyamatok (elektron és fémion kilépése) 0,4 nm távolságon túl játszódnak le. Szükséges: elektrolit pl. víz -> potenciálkülönbség, helyi anód (+ fémion) és katód (elektron). Oxigén jelenléte a katódos részfolyamathoz! Standard és elektrolitos potenciál. Néhány fontosabb fajta: • kontakt korrózió • lyukkorrózió A fémoldódás Átmeneti alaptípusú korrózió. A felületi réteg és a körülvevő közeg kölcsönhatásának mechanizmusa.
A korrózió megjelenési formái
Nehéz fémek, Titán: • • • •
magas korrózióállóság extrém környezeti feltételeknél 100 év garancia normál klimatikus viszonyoknál nagy mechanikai szilárdság nagy hőmérsékleten is ötvözői lehetnek: Fe, O, Zn, Al, V, Si, No • Megmunkálás: – Hengerlés – Extrudálás – Öntés • Kapcsolatai lehetnek: – hegesztett – szegecselt – csavarozott • Mechanikai tulajdonságai: – testsűrűség: 4500 kg/m3 – ft,u: 200 - 980 N/mm2 – fy = 130 - 900 N/mm2 – Szakadónyúlás: A= ~ 8 - 20 % – Rug.modulus: E = ~ 105000 - 120000 N/mm2 – hőtágulási együttható: αT ~ 8.5 x 10-6 • Olvadási hőmérséklet: 1668° C
Gehry, Guggenheim Múzeum, Bilbao
Szerkezeti tűzkár Lokális „képlékeny csukló” kialakulása
Hidegen alakított acélok
Az melegen hengerelt acél viselkedése magasabb hőmérsékleten
hőmérséklet hatása •200-300 °C: a szilárdság ↑ (Rm) a nyúlás ↓ alsó és felső folyáshatár közti különbség egyre kisebb •300 °C felett a folyáshatár eltűnik a szakítószilárdság egyre alacsonyabb a nyúlás pedig egyre nagyobb lesz
Hőmérséklet hatása a feszítőhuzalok tulajdonságaira
Falvastagság mérése
Vizsgálatok: falvastagság
Felületvédelem -Festékek n
Tulajdonságok: – – – – – – – –
Viszkozitás Kiadósság Száradás Vastagság Tapadóképesség Keménység Kopási ellenállás Időállóság, fény hatás
n
Pigmentek – Színezőképesség – Fedőképesség – Őrlési finomság – Alapozó festékréteg – Fedőréteg FELÜLET ELŐKÉSZÍTÉS !!! – Oxidmentesítés – zsírtalanítás
Bevonatok vastagság mérése n
n n
n n
Gyártást követő felületvédelmi ellenőrzések Korróziós állapotfelvétel miatt Felületvédelmi felújítás szükségességének megállapítása Szervetlen Szerves bevonatok vastagság mérése
Folytonossági hibák keresése, hegesztési hibák
Felületi pórus, kráter hiba
Ultrahangos repedés-, hibakeresés, vastagságmérés fémes anyagoknál n
n
n Sonatest készülék
Vastagság egyenletesség ellenőrzése Hibahelyek keresése az anyagban Varratok ellenőrzése
Vastagság egyenletesség
Hibahelyek detektálása anyagon belül
Esettanulmányok – részleges diagnosztika függőfolyosó korlátszerkezete
Esettanulmányok – részleges diagnosztika függőfolyosó korlátszerkezete
Acél kémiai összetétel Minta jele
Kémiai összetétele, m % Fe
C
Si
Mn
Cr
Mo
Ni
Al
Co
Cu
Nb
Ti
V
W
Pb
1
98,7 0,563 0,063 0,269 0,01 0,01 0,012 0,01 0,273
0,08
0,01 0,01 0,01 0,05
0,1
2
99,2 0,263 0,046 0,249 0,01 0,01
0,066
0,01 0,01 0,01 0,05
0,1
3
99,3
0,023 0,315 0,01 0,01 0,021 0,01 0,022 0,057 99,4 0,099 0,01 0,295 0,01 0,01 0,014 0,01 0,023 0,037 99,2 0,284 0,033 0,282 0,01 0,01 0,017 0,01 0,09 0,06
0,01 0,01 0,01 0,05
0,1
0,01 0,01 0,01 0,05
0,1
0,01 0,01 0,01 0,05
0,1
4 Átlag:
0,21
0,02
0,01
0,04
A mérést spektroszkóppal végeztük. A készülék a felületet szikrákkal bombázva, a karakterisztikus röntgen sugárzásból számítja az anyagösszetételt. Ötvöző anyagok
<
1 m%
Szén tartalom:
<
0,3 m%
A mért eredmények alapján, az acél a jól hegeszthető anyagok csoportjába tartozik.
Példa a lemezes korrózióra
Elektrokémiai korrózió
Anódos korrózió pH>4
Katódos korrózió, rideggé válás
Megjelenése: lyukkorrózió
Kontakt korrózió
+ 25 °C-on, más hőmérsékleten, elektrolitos környezetben eltérhet
- Pozitívabb megy oldatba
Eltérő elekródpotenciálú fémek érintkezési helyénél fellépő korrózió
Korróziós esetek a) - b) Szerelés okozta korrózió
c) Az elektrolitoldat heterogenitása miatti korrózió
d), e) Az elektrolitoldat heterogenitása miatti korrózió
VAS korróziója pH és a fém oldási potenciáljának összefüggése
Passzíválás vas-oxidos védőréteg Aktív korrózió Vasból Fe(OH)2 lesz Nincs korrózió
Időszakos felülvizsgálat
Kötőelemek felülvizsgálata
Tervezésnél ügyelni a csapadékvíz felhalmozódásának elkerülésére!
Meglévő és új szerkezeti elemek kapcsolásánál a szerkezet a „gyengébb láncszem” miatt fog tönkremenni!
Agresszív környezet
Elvékonyodott horganyréteg (2-3 év alatt)
Fémek korróziós állapotfelvétele n
n
Felületvédelmi bevonat vastagságának mérése Falvastagság mérése – Jól hozzáférhető helyen – Zártszelvényeknél – Egy oldalon hozzáférhető elemeknél
Esettanulmány
Feszítőerő és utófeszítés időszakos diagnosztikája
Időszakos utánfeszítés szükséges. (Relaxáció) Hőtágulásból származó megnyúlás ill. összehúzódás. Kötőelemek kilazulása. Esetleges ellensúly elmozdulásból származó lazulás.
A korrózió elleni védekezés főbb lehetőségei n n n n
n n
új anyagok, anyagrendszerek kifejlesztése, a korróziós igénybevételek-, a korróziót befolyásoló fõbb tényezõk módosítása, a felületi viszonyok javítása, bevonatrendszerek módosítása.
Korrózió védelem AKTÍV VÉDELEM n
n
n
PASSZÍV VÉDELEM
anyag helyes megválasztása pl. időjárás álló acél Megfelelő betonfedés inhibítorok (legfontosabb: betonfedés)
n
– fizikai módja: elzárja a fém felületét – kémiai: reakcióba lép a fémmel
n
katódos védelem
Szervetlen- fémes bevonatok – – – –
elektrokémiai – galvanizálás termokémiai – diffúziós eljárás (krómozás, horganyzás) tűzimártó eljárás
Nem fémes bevonatok – kémiai: foszfát bevonat, lúgos oxidálás – termikus: zománcozás
n
Szerves bevonatok (festékek, lakkok)
Korrózióálló ötvözetek készítése Pl.: saválló acélok
Felület előkészítés n n
Kell eltávolítani a felületi szennyeződéseket, Kell kijavítani a felületi hibákat, amelyek károsak a felhordó bevonat hatékonyságára: n
n n
n
n
n
Por és piszok: csökkentik a bevonat tapadását az fémhez és meggátolják az egyenletes, sima film felhordását, Zsír és olaj: megakadályozzák a bevonat tapadását, Sók: növelik a nedvesség áthatoló képességét a bevonaton keresztül és ezáltal gyorsítják a korrózió sebességét, Rozsda, reve: A laza rozsdát és revét minden bevonat alól el kell távolítani pl. homok szórással, Régi bevonat: Vizsgálni kell a régi bevonat tapadását és az összeférhetőségét az új bevonattal. Feltétlenül végezzünk próbakenést, ha 1-2 órás várakozás után nem tapasztalunk hólyagosodást, akkor folytassuk az átkenést. Oldószerszegény, vagy oldószermentes bevonatot lehet felhordani a régi jól tapadó bevonatra felületi hibák (hegesztési salak, éles sarok, forgácsok, rétegződések, gödrök, pórusok, repedések, csúcsok, göbök, egyenetlenségek): Ezeken a felületeken nagyon nehéz megfelelő vastagságú bevonatot biztosítani, emiatt kell kiegyenlíteni a felületet, majd alkalmazni többszöri bevonatolást.
Tapadás
Hiába a vastag felületvédelem, ha a vízkivezetés nincs megoldva, különös tekintettel a zártszelvények ill. zárt szelvény végződéseknél!
Horgany bevonat
Kerámiák - Jellegzetes hibái n n n n n n
Kivirágzás Kifagyás Kipattogzás Összerepedezés Túlégetés Gyenge égetés
Füstgázok okozta korrózió
Égetés – szín – sókivirágzás
Felületvédelem - Tisztítás n
Felület tisztítás: – Vizes lemosás (nagynyomású) – (nedves) homokszórás
http://www.instabrite.com/html/pics-home.html
n
http://www.archiweb.hu/portal/index.php? option=com_content&task =view&id=332&Itemid=77
Megelőzés: – Antigraffiti bevonat – Hidrofóbizálás (víztaszítóvá tétel, de a páravándorlást ne akadályozza)
Üveghibák – üveg korrózió n n
n n „GLASCRETE”
n
n n
Nikkel-szulfidos zárványok Hőmérséklet változás okozta törés Hőfeszültség Illesztések, dilatációs hézag Szerkezeti elemek korróziója Kémiai korrózió Anyagok összeférhetetlensége
Nikkel-szulfidos zárványok, az üveg anyaghibája Optikai feszültségméréssel észlelhetők a feszültségkoncentrációk
Veszélyt jelent: edzett ill. hőkezelt üvegeknél Megoldás: heat-soak teszt
Hőfeszültség
Megoldás: Edzett és hőkezelt üvegek alkalmazása, rugalmas tömítők
Illesztések, dilatációs hézag Megoldás: üveg-fém találkozásoknál tömítőanyag használata, beépítésnél ne feszüljön a keretszerkezetben
Szerkezeti elemek korróziója
Megoldás: pl. helyes lábazati kialakítás, alumínium profilok, korrózióvédelem
Kémiai korrózió Megoldás: pl. rendszeres takarítás
Anyagok összeférhetetlensége Megoldás: Műszaki útmutatók szem előtt tartása
PVB-szilikon találkozásánál sárgás elszíneződés
Beltéri üvegszerkezetek –Üveglépcső – TERVEZÉSI Hibák
Beltéri üvegszerkezetek – Üveglépcső -Hibák
Műanyagok öregedése n
Víz, Fény hatása, Klimatikus hatások.
ÖREGEDÉS: n n Azok a változások, amelyek a különböző, az anyagban adott idő Tönkremeneteli folyamat: alatt NEM TEHER - Depolimerizáció (polimer jellegű hatások monomerekre bomlik) pl. PMMA, eredményeképpen PS jönnek létre. - Degradálódás (csak a Öregedés során megindul polimerizáció foka csökken pl. hő hatására) PP, PE a polimerek bomlása, kémiai szerkezete - Eliminációs bomlás (polimerről kis móltömegű megváltoznak anyag hasad le pl. PVC tulajdonságai. n
bomlásakor HCl )
Műanyagok öregedése Sátrak (feszített), szintetikus ponyva
n n n
Tömlős alátámasztású szerkezet
HŐÖREGEDÉS: műanyagok oxidatív bomlása. Észlelése: sárgulás, feketedés, felületi repedések VÍZ HATÁSA: kémiai folyamatok játszódnak le, a tönkremenetel mértéke a vízfelvétel függvénye. Pl. műgyanták vízfelvétele. FÉNY HATÁSA: UV okozza Jele: elszíneződés, fakulás.
IDŐJÁRÁSÁLLÓSÁG: összetett fogalom, UV sugárzás;infravörös sugárzás; szél, eső, és ezek mechanikai és kémiai hatásai szembeni ellenálló képesség pl. akril-gyanták FELÜLETVÉDELEM pl. bevonatolás akrilgyantával
Fa károsítók - gombák A szürke elszíneződés a szabadban tárolt faanyagon látható, alacsonyabb rendű gombák okozzák, amik önmagukban nem veszélyesek, de táptalajul szolgálhatnak más, komolyabb kárt okozó roncsoló gombáknak. A korhadás lehet barna, fehér és nedves korhadás. n A barna korhadás (nevezik vörös vagy redves korhadásnak is) a fa cellulóztartalmát károsítja, n a fehér korhadás a fa lignintartalmát pusztítja, ez szilárdságcsökkenéssel jár. n A nedves korhadást a pincegomba (Coniophora cerebella) okozza.
n
Hibák – fa károsítói
Barnakorhadás a cser gesztjében
•Betűzőszú •Hajófúróbogár •Gyűrűs repedés és sugaras elválás cser bűtűfelületén
Fa károsítói
n
n
SZEBSZI Faanyagvédelmi és Építőipari Kft.
Füzérradvány, Károlyi kastély Gipsz álmennyezet és poroszsüveg boltozat közötti tér könnyező házigomba mentesítése. Három szintet átszövő könnyező házigomba fertőzés felszámolása.
n
n
SZEBSZI Faanyagvédelmi és Építőipari Kft.
Fehérvárcsurgó, Károlyi kastély
Általános könnyező házigomba (Merulius Lacrymans) mentesítés. Mennyezeti festést tartó könnyező házigomba fertőzött csapos gerendafödém gombamentesítése, ragasztott betétfás megerősítése.
Fa természetes tartóssága Függ: n Térfogatsúly n Geszt színe n Sejtek tartalma, gyanta tartalom – – – –
Nehezebb tartósabb Geszt ellenállóbb mint a szíjács Gesztben festő,- cserző anyagok Nagy tápanyagtartalmú fákat a farontó szervezetek (gombák, rovarok) jobban megtámadják – Sejttartalom függ az évszaktól (téli döntésű fa tartósabb)
Nedvességtartalom A fa nedvességtartalma: a faanyagban lévő vízmennyiség, amelyet a teljesen kiszárított tömeghez viszonyítunk. n
Nettó nedvességtartalom
G − G0 u= ⋅ 100% G0 n
Bruttó nedvességtartalom
G − G0 q= ⋅100% G
– G: nedves faanyag súlya, G0:teljesen száraz faanyag súlya
Nedvességtartalom n n n n n
Élőnedves: > 50 m% Félnedves: 30,1 - 50 m% Félszáraz: 18,1 - 30 m% Légszáraz: 12,1 - 18 m% Szobaszáraz: 6,1 – 12 m%
Nedvességtartalom n
Lehetséges legmagasabb nedvességtartalom: umax=ur+uk
ahol ur: rosttelítettségi nedvességtartalom, uk: a fa üregeiben lévő nedvességtartalom
Nedvességtartalom mérése: n Súlykülönbözeten alapuló n Extrakciós eljárás (készülékben extrahálják, elpárolgó vizet lecsapatják, mennyiségét lemérik)
n
Műszeres pl. víz elektromos vezetőképességén alapuló
