книги из ГПНТБ / Коган, З. А. Консервация и упаковка машиностроительной продукции

Современное машиностроительное оборудование разно­

щими электронными устройствами и аппаратурой, чув­ ствительными к воздействию атмосферы, что повышает требования к способам консервации изделий и ответствен­ ность за сохранность их при длительном хранении и транс­ портировании, особенно в страны с тропическим климатом.

Поскольку машиностроительное оборудование состоит в основном из металлических деталей, существующие и разрабатываемые способы консервации предназначены главным образом для защиты металлов от коррозии — наиболее опасного разрушительного процесса. Вместе с тем некоторые из способов консервации обладают также защитными функциями и по отношению к другим мате­ риалам.

Повышение стойкости изделий к атмосферному влия­ нию при хранении достигается двумя путями: совершен­ ствованием конструкций и использованием стойких мате­ риалов и покрытий, применением более эффективных методов защиты.

Первое направление может решаться выбором рацио­ нальных конструкций, более стойких материалов, терми­ ческой и механической обработки, применением защитных покрытий (металлические, неметаллические) и т. д. Оно находит широкое применение при конструировании и изготовлении машиностроительного оборудования, пред­ назначенного для эксплуатации в жестких условиях. Так, для оборудования, предназначенного для использова­ ния в тропических странах, применяется специальная технология с использованием тропикоустойчивых материа-

30

лов и защитных покрытий. Для электротехнического обо­ рудования предусматривается градация степени качества исполнения с учетом климатических условий эксплуатации. Однако на современном этапе решить задачу обеспечения надежного сохранения машиностроительной продукции только за счет качества изготовления без применения кон­ сервации технически трудно или экономически нецелесособразно. Поэтому необходимо разрабатывать и применять специальные методы защиты и средства консервации.

Каждый метод защиты машиностроительной продукции, предназначенный для обеспечения длительного хранения и транспортирования, включает способы консервации и упаковки. При этом для сложных изделий метод защиты может предусматривать применение различных способов консервации для разных узлов, входящих в конструкцию машин или аппаратуры.

Способ консервации характеризуется определенными средствами консервации, т. е. теми конкретными материа­ лами, которые применяются при консервации данного изделия, а также ее технологией.

К современным методам защиты (консервации) маши­ ностроительной продукции предъявляются следующие основные требования:

высокая надежность защиты деталей из различных материалов от воздействия факторов внешней среды в те­ чение установленного срока в любых климатических усло­ виях, а также от ударных и вибрационных нагрузок при перевозках всеми видами транспорта;

минимальная трудоемкость операций по консервации и обслуживанию в процессе хранения;

минимальные затраты на расконсервацию изделий перед эксплуатацией или полное исключение этих работ; экономичность и недефицитность применяемых средств консервации; возможность многократного использования

материалов для консервации.

Существует много различных способов и средств кон­ сервации металлических изделий и различных систем их классификации.

По механизму защиты все способы консервации можно подразделить на две основные группы: первая группа — механическая изоляция изделий от отдельных агрессивных факторов внешней среды; вторая группа — нейтрализация действия агрессивных факторов — торможение электро­ химических процессов коррозии металлов.

31

К первой группе относят применение консервационных масел и смазок; защитных масс (снимаемые эластич­ ные оболочки, защитные лаки, микрокристаллические воски и т. д.), герметизацию с осушкой воздуха или с ис­ пользованием нейтральных атмосфер.

Ко второй группе относятся применение ингибированных масел и смазок, ингибированных присадок (экс­ плуатационные масла и смазки), контактных ингибиторов (водные и загущенные растворы), летучих ингибиторов.

Это деление не является абсолютно строгим, так как механизм защитного действия отдельных средств и способов консервации может быть комбинированным, т. е. включать функции как первой, так и второй группы. Однако все они, в отличие от конструктивных средств защиты, тормозят процессы коррозии, соответствующим образом влияя на омическое сопротивление или на анодную и катодную поля­ ризацию в микроили макропарах.

Перечисленные способы можно сгруппировать и по другим признакам. По общности ряда признаков и прин­ ципу защиты часто выделяют в одну группу способы обра­ ботки коррозионной среды. К последним следует отнести герметизацию изделий с применением летучих ингибиторов, осушки воздуха или с заполнением объема инертными газами.

Способ консервации и упаковки выбирают в зависи­ мости от конструктивных особенностей изделия и свойств используемых материалов, а также от требований, обусло­ вленных сроком защиты, условиями хранения и транспор­ тирования.

Институт тары ЧССР рекомендует подразделять все материалы по признаку характера взаимодействия с одним из наиболее агрессивных факторов — влагой воздуха [64].

На основании анализа характера влияния различных концентраций водяных паров на свойства материалов (устройств) каждой группе определяются допускаемые пределы влажности в герметичных упаковках и обосновы­ ваются требования к средствам консервации и методам защиты.

Выбор метода защиты и способа консервации во многом зависит от конкретных условий хранения. Степень жест­ кости условий хранения определяется характеристикой климата, атмосферы и условиями хранения.

Агрессивность атмосферы обычно характеризуется на­ личием в воздухе таких наиболее коррозионно-активных

32

агентов, как сернистый газ и хлориды. Поэтому признаку

Условия хранения определяются видом оборудованных мест хранения. Машиностроительная продукция может храниться на открытых площадках (в упаковочной таре или без нее), под навесами, в закрытых неотапливаемых помещениях, в помещениях с регулируемыми климатиче­ скими условиями.

В зависимости от сочетания перечисленных факторов установлены четыре категории условий хранения машино­ строительной продукции по степени жесткости (табл. 7).

Средства консервации имеют различные защитные свой­ ства и не всегда являются универсальными, поэтому в каждом отдельном случае следует учитывать особен­ ности и условия их применения. Наиболее тщательно сле­ дует выбирать средства консервации для ответственного оборудования и чувствительной к воздействию внешней среды аппаратуры, предназначенных для длительного хра­ нения в жестких условиях.

Упаковка законсервированного машиностроительного оборудования является важным элементом метода защиты и подразделяется на внутреннюю и транспортную. Вну­ тренняя упаковка может являться одним из обязательных элементов применяемого способа консервации. Транспорт­ ная упаковка предназначена для защиты изделия, внутрен­ ней упаковки и средств консервации от механических по­ вреждений и прямого воздействия атмосферных осадков, солнечной радиации, пыли и т. д. В стационарных усло­ виях изделия могут храниться без транспортной упаковки. В зависимости от способа консервации, особенностей и на­ значения изделий применяются различные виды внутрен­ ней упаковки, которые можно подразделить на негерме­ тичные и герметичные.

Для негерметичной упаковки используют оберточную бумагу, картонные или деревянные коробки, футляры, ящики и т. д. Герметичная внутренняя упаковка осуще­ ствляется путем помещения законсервированных или незаконсервированных изделий в чехлы, футляры, контей­ неры из парогазонепроницаемых защитных материалов или нанесением на негерметичную упаковку эластичных защитных покрытий (микрокристаллических восков, пер-

Т а б л и ц а 7 Характеристика условий хранения по степени жесткости

хлорвиниловых эмалей и т. д.). При упаковке машино­ строительной продукции применяются различные комби­ нации упаковочных средств и материалов.

Транспортная упаковка определяется условиями транс­ портирования (маршрут, вид транспорта), ее конструкция зависит от назначения и степени необходимой прочности. Она предназначена главным образом для предохранения изделий от опасных механических нагрузок при транспор­ тировании и ограничения (исключения) их перемещения

34

в таре. Основные элементы транспортной упаковки — фиксирующие устройства и тара. По своему назначению фиксирующие устройства могут быть жесткими, эластич­ ными и упругими. Детали и узлы транспортной упаковки должны быть рассчитаны на наиболее невыгодное сочета­ ние одновременно действующих нагрузок в различных направлениях.

При расчете прочности элементов упаковки, а также самого изделия необходимо учитывать следующие нагрузки:

г) инерционные силы, возникающие при прохождении транспортом кривых участков пути;

д) силы давления ветра; е) нагрузки, действующие при погрузке и разгрузке;

ж) нагрузки, возникающие при изготовлении упаковки и креплении груза.

Расчетные механические нагрузки на упакованное из­ делие с учетом всех перечисленных факторов не должны превышать допустимого значения для данного изделия. Расчет этих нагрузок весьма сложен. При определении величин фактических нагрузок, действующих на изделие при транспортировании, применяются механические дат­ чики перегрузок, устанавливаемые при испытаниях внутри упаковок.

Выпускаемые промышленностью механические датчики перегрузок не обеспечивают достаточную точность изме­ рений в нужном диапазоне. Заслуживает внимания прибор с пьезоэлектрическими датчиками ускорений типа СП-1, разработанный А. Б. Блушинским. Этот прибор обла­ дает рядом преимуществ по сравнению с механическими датчиками перегрузок. Он позволяет измерять и регистри­ ровать перегрузки в диапазоне ускорений 0,2—100 g.

2.МЕХАНИЗМ З А Щ И Т Ы И ОБЩАЯ ОЦЕНКА СПОСОБОВ КОНСЕРВАЦИИ

Существо любого метода защиты изделия от агрессив­ ного воздействия внешней среды сводится к тому или иному виду торможения процесса разрушения материала. Ха-

рактер этого торможения составляет механизм защиты материала от разрушения. Данные суммарного влияния внешней среды на разрушение (снижение работоспособ­

факторов внешней среды, что затрудняет разработку уни­ версальных методов защиты (консервации) применительно

металлов)

36

изделий. Теоретически идеальные условия для обеспечения универсальной защиты можно создать в абсолютно герме­ тичной упаковке с полностью откаченным воздухом, уста­ новленной в помещении с постоянной температурой. Однако это неприемлемо как по техническим, так и по эко­ номическим соображениям. Поэтому все существующие методы консервации изделий обладают лишь избиратель­ ной способностью защиты по отношению к каким-либо определенным материалам, так как не обеспечивают пол­ ной изоляции от всех факторов внешней среды. Однако, как будет показано ниже, некоторые из методов в какой-то степени обладают универсальностью защиты.

Защита от действия некоторых факторов внешней среды осуществляется сравнительно просто (изоляция из­ делий от воздействия солнечной радиации путем их упа­ ковки или хранения в затемненных помещениях; исключе­ ние температурных колебаний и конденсации в отапливае­ мых складских помещениях и т. д.). Изоляция изделий от кислорода, вредных примесей в воздухе и других факторов является значительно более сложной задачей. На практике не все, даже наиболее простые, способы изоляции изделий от агрессивных факторов окружающей среды бывают до­ ступны, экономически выгодны и приемлемы для любых условий хранения (транспортирования). Следует отметить, что для прекращения или резкого торможения процессов разрушения некоторых материалов не обязательно исклю­ чать все факторы, влияющие на этот процесс, а достаточно исключить лишь основные. Это облегчает задачу разра­ ботки методов защиты.

Сущность механизмов защиты целесообразно рассмот­ реть на примере анализа некоторых способов защиты ме­ таллов от коррозии как наиболее изученных, сложных и представляющих практический интерес. Остановимся на консервации металлов с помощью смазок, ингибиторов коррозии, а также с применением различных методов гер­ метизации. Поскольку любой метод защиты металлов от атмосферной коррозии тем или иным образом будет влиять на протекание электрохимического процесса в микропарах, механизм защиты удобно анализировать по характеру изменения кривых анодной и катодной поляризации.

Принцип защиты металла от коррозии жировыми смаз­ ками заключается главным образом в механической изо­ ляции покрытых участков от влаги и кислорода, а также от агрессивных газов и пыли. Как показала практика хра-

37

нения, консистентные смазки не обеспечивают надежной длительной защиты изделий от атмосферной коррозии, что объясняется газо-водопроницаемостью смазок [58] и из­ менением их физической и химической структуры от воз­ действия атмосферы [14]. Влага проникает к металлу че­ рез поры, в консервирующем слое, а также за счет диффу­ зии паров воды. Диффузия влаги через смазку происходит из-за наличия свободного межмолекулярного простран­ ства у органических веществ, входящих в состав смазок. В. М. Мартынов экспериментально определил постоянные паропроницаемости некоторых смазок [58]. По его дан­ ным, под слоем смазки ЦИАТИМ-205 толщиной 1 см (при температуре +20° С и относительной влажности воздуха 80%) коррозия стали за год в результате диффузии влаги может достигать 9 г/м2 . Наличие у поверхности металла воздушных прослоек увеличивает скорость диффузии влаги через слой смазки и создает опасность конденсации воды при температурных колебаниях. Образующиеся в результате процесса коррозии газообразные продукты ускоряют разрушение консервирующего слоя. Внедрение молекул воды в смазку ведет к постепенному разрушению всего покрытия, к образованию пузырей и т. д.

Существующие углеводородные смазки могут сползать с металлических поверхностей при температурах ниже температуры их плавления. Консистентные смазки под­ вергаются также окислению, продукты которого вызывают коррозию металла. Наличие слоя смазки на поверхности металла будет тормозить электрохимический процесс кор­ розии за счет замедления катодной реакции (недостаток кислорода) и увеличения омического сопротивления из-за затруднения образования под смазкой конденсационного слоя электролита. Примерный характер торможения атмо­ сферной коррозии может быть представлен на поляриза­ ционной диаграмме (рис. 5). На незащищенных металличе­ ских поверхностях анодный и катодный процессы на микро­ электродах максимально облегчены (пологий ход кривых / и 2), а омическое сопротивление ввиду возможности сво­ бодного образования конденсата, ничтожно мало (R ^ 0). В результате величина коррозионного тока 1Х •— большая.

При покрытии металла смазками катодный процесс значительно тормозится (крутой ход кривой 3), а омиче­ ское сопротивление начинает играть существенную роль. Процесс характеризуется катодно-омическим контролем, в результате чего коррозионный ток снижается до вели-

38

Рис. 5. Принципиальная поляриза­ ционная диаграмма коррозионных про­ цессов металла под различными смаз­ ками (коррозионный ток):

— без консервации; J, — консистент­ ные смазки; Уа — жидкие ингибированные смазки

чины / , . Увеличение анодной

поляризации здесь вряд ли следует ожидать, так как про­ цесс протекает при недостатке кислорода.

При применении ингибированных смазок главный эф­ фект защиты достигается в результате торможения элек­ тродных процессов за счет химического или другого вида воздействия ингибиторов. Характер такого торможения применительно к жидким ингибированным смазкам виден на рис. 5 (кривые 4 и 5). Как правило, здесь нужно ожи­ дать торможения анодного процесса (большая крутизна кривой 4) вследствие пассивации. Омическое сопротивле­ ние и катодная поляризация из-за малых толщин масля­ ных пленок, а следовательно, легкого доступа влаги и кислорода воздуха к металлу в этом случае могут играть меньшую роль в торможении процесса, чем для конси­ стентных смазок. Однако для ингибированных масел, обла­ дающих гидрофобными свойствами, омическое сопротивле­ ние также может быть большим. В результате электрохи­ мический процесс коррозии при применении данного ме­ тода защитыбудет характеризоваться, как правило, анод­ ным контролем.

Существуют ингибиторы, которые защищают металлы в результате одновременного воздействия как на анодный, так и на катодный процессы. К таким ингибиторам следует отнести вязкие водные растворы нитрита натрия. Тормо­ жение анодной реакции происходит в результате ограни­ чения скорости диффузии ионов металла в вязкий раствор; катодный процесс тормозится из-за повышения перенаг пряжения ионизации кислорода и усиленной поляризации катода.

По общности некоторых признаков механизмов защиты в особую группу следует выделить методы обработки кор­ розионной среды с изоляцией всего изделия от атмосферы. К таким методам следует отнести защиту металлов от кор­ розии с помощью летучих ингибиторов, осушки изо-

39