浅谈海上风电钢构基础腐蚀疲劳及早期检测

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浅谈海上风电钢构基础腐蚀疲劳及早期检测

作者：张钢 冯宝平 刘碧燕 来源：《风能》2016年第01期

随着海上风电的大力发展，海上机组安全经济运行成为生产、运营管理者日益关注的重要课题。海上机组处于海水、盐雾的苛刻海洋腐蚀环境，加上机组根据风力大小、风向变化而频繁启停、偏航，机组随着运行时间的延长会出现腐蚀疲劳、危害机组健康的情况，因此，对腐蚀疲劳进行早检测、早发现、早处理势在必行。无损检测技术可以检测出裂纹，包括腐蚀疲劳裂纹，但传统的无损检测方法需要去除防腐油漆、表面打磨光滑，不适于腐蚀环境下的海上机组基础。如何采用既不伤害油漆防腐系统，又能有效检测腐蚀疲劳，是海上风电人员必须面对和解决的问题。

腐蚀疲劳和腐蚀疲劳断裂 一、定义

腐蚀疲劳：又称为交变应力腐蚀，是材料在腐蚀介质中承受交变载荷所产生的疲劳破坏现象。钢构在周期应力与腐蚀环境的联合作用下，疲劳极限大大下降（见图1），产生脆性断裂并扩展，引起过早破裂，称为腐蚀疲劳。这种破坏要比单纯交变应力或单纯腐蚀造成的破坏严重得多。

腐蚀疲劳断裂：腐蚀疲劳损伤在构件内逐渐积累，导致初始疲劳裂纹的形成、扩展，当裂纹长度达到临界值时，难以承受外载，裂纹发生快速扩展，以至构件断裂。 二、腐蚀疲劳的特征

腐蚀疲劳多起源于表面腐蚀坑或缺陷，由蚀孔起源、垂直于应力方向丛状分布，属于多源疲劳，众多深孔、裂缝多条，缝边呈锯齿形。当应力较小、腐蚀为主时，裂纹端部多呈圆钝状；反之则端部略尖。断口上既有腐蚀破坏特征，又有疲劳破坏特征：有腐蚀产物、腐蚀坑、腐蚀沟、槽式台阶以及疲劳弧带、疲劳沟纹、疲劳台阶等。不像疲劳断口粗糙、没有收缩减薄现象。微观上疲劳裂纹通常为穿晶型的，不分枝或很少分枝。

金属材料在任何腐蚀环境中都会产生腐蚀疲劳，如：碳钢、低合金钢等。钢的强度愈高，其腐蚀疲劳的敏感性相对愈大。

腐蚀疲劳不需要特定的腐蚀系统。四种不同环境下的S-N曲线（图2）显示：真空、空气、预先浸蚀的疲劳极限依次下降；腐蚀疲劳下材料断裂的交变应力大大下降，且不存在疲劳极限。交变应力的加载频率越低、平均应力越大、材料强度越高，腐蚀疲劳裂纹扩展速率越高。