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球閥的電偶腐蝕模擬

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發表于 2020-1-17 10:55:27 |只看該作者 |倒序瀏覽
設備的可靠性至關重要,尤其是在不經 常使用該設備的應用中。在任何情況下都不允許腐蝕。

本文研究的模型是球形進氣閥,通常在消防車上使用,以控制水進入泵的流量。該閥的輕質鋁設計已被證明非常適合在移動設備上使用。該閥由三種金屬組成,并且獲得專利的水路系統在操作后將組件中的水排出,以最大程度地降低腐蝕風險。

然而,實際上,球形進氣閥可以連接到鐵或黃銅聯軸器,并且可以保持充滿鹽水。放在一起, 電腐蝕會成為問題。

仿真技術
通過計算機仿真可以預測發生電偶腐蝕的風險。采用有限元分析方法來求解控制腐蝕現象的基本電化學方程。該模擬軟件包含以下組件:

預處理器
通用且靈活的CAD導入工具基于標準鑲嵌語言(STL)
自動的高質量表面網格
自動極化曲線選擇
解算器
堅固而快速
支持多體配置和外部電流源
后期處理
全自動和可配置的報告
整個組織均可使用的強大可視化工具



圖1.定義材料組
該軟件使用一種新穎獨特的薄膜方法,該方法包括基于恒定膜厚,恒定電導率的分析方法和一種電勢方法,該方法可以模擬電解質電勢相對于距表面的距離的梯度。該軟件計算不同物體上的薄膜之間的重疊,以確保相鄰的具有重疊薄膜的物體之間的離子轉移。

這項研究的目的是預測球形進水閥在自來水和海水中的電偶腐蝕行為。

分步建模
圖2.將STL文件重新網格化為高質量的表面網格

CAD導入
第一步,將3-D CAD模型加載到軟件中。用戶選擇不同的組件并定義材料。每個材料組都有其自己的顏色以保持清晰的概覽,并且列出每個組的總表面積作為參考。在這種情況下,組件包含五種金屬(包括鐵和黃銅)和幾個絕緣墊片。

定義邊界條件
第二步,需要輸入邊界條件。-個簡單的輸入向導將指導用戶完成不同的步驟。在第一次抽頭中定 義環境特征和電解質性質。對于此測試案例,在自來水和海水中測得的薄膜電導率分別為0.12和4.36西門子/米(S/m)。兩種電解質的薄膜厚度均為1堂米(1,000微米) 。

每種金屬在所關注的電解質中都有特定的極化行為。極化行為通過常規電化學技術測量,例如線性掃描伏安法或逐步恒電位法。在輸入向導的第二二次點擊中,從極化曲線數據庫中選擇每種金屬的極化行為。對于本研究,在電化學實驗室中針對30°C的自來水和人造海水測量了極化數據。


圖3.報告腐蝕速率

啟動解算器
在開始計算之前,將根據輸入的STL文件自動生成高質量的網格。即使在狹窄的區域內,這也可以顯著提高結果的準確性。該仿真軟件可以解決由材料,模型和環境確定的邊界條件下的電化學方程。模擬僅需幾分鐘。

分析結果
該軟件為每次模擬運行生成報告。該報告包含許多顏色圖和表格,于說明每個組件的腐蝕行為。給出了裝配中不同組件的主要參數,例如電流密度和腐蝕速率。然后可以輕松比較自來水和海水中的電偶腐蝕行為,并且可以在組織內部共享結果。



圖4.自來水(左)和海水(右)的模擬結果
此外,可以使用可視化軟件分析仿真結果。該訌具允許用戶詳細瀏覽裝配。在圖4中,移去了黃銅蓋,以在模型“內部" 看。在鋁與黃銅接觸的閥體以及上耳軸的頂端(鋁與閥球的不銹鋼接近)處發現最大的腐蝕速率。

仿真結果與現場腐蝕的設備進行了比較。確定了鋁耳軸和閥體的電偶腐蝕,并與客戶的實際經驗相符。

研究了滅火設備的球形進氣閥的電偶腐蝕風險。該軟件易于使用,并允許用戶以快速有效的方式確定不同的材料組合。在此模擬中,球形進氣閥包含三種金屬,并用鐵和黃銅管道部件封蓋。在實驗室中測量了金屬的電化學行為,并定義了環境條件。

仿真軟件預測了耳軸和閥體上的電偶腐蝕。仿真是材料選擇優化的起點。這可以通過計算飾面,涂層和替代材料的效果來實現。





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