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球阀的电偶腐蚀模拟

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发表于 2020-1-17 10:55:27 |只看该作者 |倒序浏览
设备的可靠性至关重要,尤其是在不经 常使用该设备的应用中。在任何情况下都不允许腐蚀。

本文研究的模型是球形进气阀,通常在消防车上使用,以控制水进入泵的流量。该阀的轻质铝设计已被证明非常适合在移动设备上使用。该阀由三种金属组成,并且获得专利的水路系统在操作后将组件中的水排出,以最大程度地降低腐蚀风险。

然而,实际上,球形进气阀可以连接到铁或黄铜联轴器,并且可以保持充满盐水。放在一起, 电腐蚀会成为问题。

仿真技术
通过计算机仿真可以预测发生电偶腐蚀的风险。采用有限元分析方法来求解控制腐蚀现象的基本电化学方程。该模拟软件包含以下组件:

预处理器
通用且灵活的CAD导入工具基于标准镶嵌语言(STL)
自动的高质量表面网格
自动极化曲线选择
解算器
坚固而快速
支持多体配置和外部电流源
后期处理
全自动和可配置的报告
整个组织均可使用的强大可视化工具



图1.定义材料组
该软件使用一种新颖独特的薄膜方法,该方法包括基于恒定膜厚,恒定电导率的分析方法和一种电势方法,该方法可以模拟电解质电势相对于距表面的距离的梯度。该软件计算不同物体上的薄膜之间的重叠,以确保相邻的具有重叠薄膜的物体之间的离子转移。

这项研究的目的是预测球形进水阀在自来水和海水中的电偶腐蚀行为。

分步建模
图2.将STL文件重新网格化为高质量的表面网格

CAD导入
第一步,将3-D CAD模型加载到软件中。用户选择不同的组件并定义材料。每个材料组都有其自己的颜色以保持清晰的概览,并且列出每个组的总表面积作为参考。在这种情况下,组件包含五种金属(包括铁和黄铜)和几个绝缘垫片。

定义边界条件
第二步,需要输入边界条件。-个简单的输入向导将指导用户完成不同的步骤。在第一次抽头中定 义环境特征和电解质性质。对于此测试案例,在自来水和海水中测得的薄膜电导率分别为0.12和4.36西门子/米(S/m)。两种电解质的薄膜厚度均为1堂米(1,000微米) 。

每种金属在所关注的电解质中都有特定的极化行为。极化行为通过常规电化学技术测量,例如线性扫描伏安法或逐步恒电位法。在输入向导的第二二次点击中,从极化曲线数据库中选择每种金属的极化行为。对于本研究,在电化学实验室中针对30°C的自来水和人造海水测量了极化数据。


图3.报告腐蚀速率

启动解算器
在开始计算之前,将根据输入的STL文件自动生成高质量的网格。即使在狭窄的区域内,这也可以显着提高结果的准确性。该仿真软件可以解决由材料,模型和环境确定的边界条件下的电化学方程。模拟仅需几分钟。

分析结果
该软件为每次模拟运行生成报告。该报告包含许多颜色图和表格,于说明每个组件的腐蚀行为。给出了装配中不同组件的主要参数,例如电流密度和腐蚀速率。然后可以轻松比较自来水和海水中的电偶腐蚀行为,并且可以在组织内部共享结果。



图4.自来水(左)和海水(右)的模拟结果
此外,可以使用可视化软件分析仿真结果。该讧具允许用户详细浏览装配。在图4中,移去了黄铜盖,以在模型“内部" 看。在铝与黄铜接触的阀体以及上耳轴的顶端(铝与阀球的不锈钢接近)处发现最大的腐蚀速率。

仿真结果与现场腐蚀的设备进行了比较。确定了铝耳轴和阀体的电偶腐蚀,并与客户的实际经验相符。

研究了灭火设备的球形进气阀的电偶腐蚀风险。该软件易于使用,并允许用户以快速有效的方式确定不同的材料组合。在此模拟中,球形进气阀包含三种金属,并用铁和黄铜管道部件封盖。在实验室中测量了金属的电化学行为,并定义了环境条件。

仿真软件预测了耳轴和阀体上的电偶腐蚀。仿真是材料选择优化的起点。这可以通过计算饰面,涂层和替代材料的效果来实现。





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