Разработка методов форсированных испытаний противокоррозионной стойкости автомобильной техники

Автомобильная промышленность во всем мире является интенсивно развивающейся отраслью материального производства и характеризуется ростом объемов выпуска, созданием и освоением новых моделей и модификаций автомобилей и специализированных автотранспортных средств (АТС), расширением типажа, а также повышением их технико-экономических показателей и технического уровня.

Решение задач разработки и освоения в производстве новой и модернизированной автомобильной техники, отвечающей нуждам народного хозяйства и обороны страны, в нашей стране обеспечивалось значительным расширением опытно-конструкторских и научно-исследовательских работ, развитием экспериментально исследовательской базы отрасли, организацией опытных наблюдений в эксплуатации.

После разрушения отрасли в ходе реформ, решение этих же задач не только не утратило актуальности, но приобрело ещё большее значение, как одна из важных составляющих выхода из кризиса отечественной экономики в новых условиях внедряемых рыночных отношений. В сложившихся новых условиях и роль, и значение автомобилестроения коренным образом меняется. Отрасль массового производства автомобилей, как продукции, которая служит удовлетворению потребностей все большего количества потребителей, становится структурообразующей частью машиностроения и смежных отраслей материального производства.

Достаточно обратить внимание на то, что подъем производства автомобилей неизбежно влечет рост производства в металлургии, шинной промышленности, производстве электрооборудования и электронной техники, в нефтеперерабатывающих и газодобывающих от5 раслях и др. Вместе с тем в условиях жесткой конкуренции на автомобильных рынках только превосходящее качество продукции может обеспечить подъем в автомобилестроении.

В этом сложном комплексном понятии качества, как совокупности характеристик отвечающих желаниям и требованиям потребителей, коррозионная стойкость новых конструкций занимает одно из наиболее ответственных мест. В особенности у потребителей на отечественном рынке, представляющих условия эксплуатации автомобилей, особенно неблагоприятные в отношении коррозионного воздействия внешней среды.

Важность такого свойства как стойкость против коррозии определяется и характеризуется в целом потерями металла от этих вредных процессов, поскольку автомобильная техника представляет собой практически полностью металлические конструкции.

Коррозия металлов наносит огромный ущерб. По имеющимся данным, примерно 30% металла производимого в промышленно развитых странах, выбывает из технического потребления из-за коррозии.

В бывшем СССР ежегодно приходило в негодное состояние 13. 14 млн. тонн металла. Ежегодный ущерб, причиняемый коррозией во всем мире, оценивается в 30 млрд. долларов. Потери от коррозии исчисляются весомой долей национального дохода ведущих промышленных стран, в частности: Великобритании — 3,5- США — 1,25- Голландии, Швеции и Канады — 0,7.3 процента. В бывшем Советском Союзе прямые потери от коррозии наносили ежегодный ущерб, достигающий 6.7 млрд. рублей (в ценах 1995 года), что составило 1,4% национального валового продукта. 6.

Коррозия кузовов и кабин автомобилей приводит к значительным потерям металла в автомобилестроении, ухудшению эксплуатационных характеристик, снижению надежности, срока службы и комфортабельности.

Ежегодные экономические потери в результате коррозии только на легковом автотранспорте в разных странах, в том числе и в нашей стране, достигли миллиардов единиц национальной валюты, безвозвратно теряются миллионы тонн дорогостоящей высококачественной стализначительный урон наносится экологической среде, снижается безопасность движения.

Надежность, материалоемкость важнейшей промышленной продукции во многом определяется уровнем противокоррозионной защиты.

С ускорением научно-технического прогресса проблема защиты металлов от коррозии становится все более масштабной в связи с быстрым развитием отраслей промышленности, в которых оборудование работает в средах повышенной агрессивности и в экстремальных условиях.

Коррозионная повреждаемость автомобильных кузовов, кабин и других агрегатов кузова зависит от большого числа одновременно действующих факторов, которые в общем случае можно разделить на конструкционные, технологические, климатические и эксплуатационные.

Наиболее интенсивно эти факторы воздействуют на кузова и кабины автомобилей и их составные части.

К факторам, обусловленным конструкционными особенностями кузовов, относятся: обилие клепаных, сварных и резьбовых соединений, наличие «карманов», способствующих скоплению дорожной гря7 зи, пыли и влаги, а также мест труднодоступных для механической и химической обработок, недостаточная сопротивляемость коррозии к механическим воздействиям материалов, применяемых при производстве кузовов.

К технологическим факторам повышенного коррозионного повреждения относятся: сборка, некачественная подготовка поверхности деталей кузова под окраску, отсутствие уплотнения и герметизации сварочных швов, нарушение технологии нанесения антикоррозионных и лакокрасочных покрытий, несоблюдение времени и температуры сушки, равномерности нанесения лакокрасочного покрытия.

Дорожные и атмосферно-климатические факторы включают значительные перегрузки автотранспортных средств при движении по неусовершенствованным дорогам, вызывающие деформации кузовов и, как следствие, разрушение лакокрасочных и антикоррозионных покрытий в местах стыковок отдельных элементов. Используемые в зимний период растворы солей приблизительно в 13 раз усиливают коррозию кузовов по сравнению с дорожной водой. Большое влияние на коррозию автомобилей оказывает конденсация влаги: в результате ночного понижения температуры влага конденсируется на крыше, затем на других внешних и внутренних поверхностях. В сконденсированной воде растворяются химические соединения, содержащиеся в воздухе, такие как двуокись серы и сульфат аммония, выщелачивается коксовая и угольная пыль. Эти химически активные растворы, осаждающиеся на поверхности лакокрасочного или хромового покрытия, вызывают их интенсивное разрушение.

Чтобы обеспечить безотказную работу АТС и оборудования в различных условиях эксплуатации, необходимо знать, какое влияние 8 оказывают на конструкцию, прежде всего факторы внешней среды. Эта задача решается с помощью испытаний.

Сложность испытаний по оценке влияния коррозии на долговечность, технико-экономические показатели и потребительские свойства АТС обусловлена широким (особенно в нашей стране) многообразием эксплуатационных условий. Многообразие воздействий дорожных и климатических условий, диапазон скоростных и нагрузочных режимов в эксплуатации автомобилей значительно превосходят соответствующие показатели при эксплуатации всех иных транспортных средств. Вследствие этого, требования к углублению, обстоятельности и достоверности исследований и оценки конструктивно усложняющихся автомобилей неизбежно влекут увеличение сроков их испытаний. В то же время жесткая конкуренция в условиях рыночных отношений требует как можно больше сократить сроки испытаний, доводки и постановки на производство новых АТС.

Сокращение продолжительности испытаний достигается применением форсированных режимов нагружения как отдельных узлов и агрегатов, так и автомобиля в целом. Это обеспечивается разработанной и внедренной новой технологией полигонных испытаний на базе специальных испытательных дорог и сооружений [39].

Так, если продолжительность эксплуатации АТС до капитального ремонта составляет 6. 10 лет [39], то продолжительность испытаний их на Центральном автополигоне с применением форсированных механических воздействий составляет 1,5.3 года.

Но эквивалентность результатов форсированных испытаний и наблюдений повреждаемости автомобилей в эксплуатации может быть достигнута только при гармоничном усилении всех факторов внешнего воздействия или по крайней мере основных из них. Как по9 казано выше, коррозия относится к важным факторам повреждаемости автомобилей в эксплуатационной среде.

Влияние среды на показатели надежности зависит с одной стороны от степени агрессивности её, а с другой от времени пребывания в ней АТС. Окружающая среда при полигонных пробеговых испытаниях и в эксплуатации мало отличаются по агрессивности воздействия на АТС, а продолжительность этого воздействия в эксплуатации и при форсированных испытаниях существенно различны.

В пробеговых форсированных испытаниях на специальных дорогах не возникает повышенного коррозионного воздействия, даже наоборот оно уменьшается.

Поэтому только разработкой специальных обоснованных методов форсирования коррозионных воздействий может быть обеспечена достаточная достоверность результатов ускоренных и форсированных полигонных испытаний автомобильной техники.

В нашей стране и за рубежом для повышения коррозионной стойкости элементов кузовов автомобилей применяют новые лакокрасочные антикоррозионные составы, прогрессивные технологические процессы их нанесения, а также детали, изготовленные из синтетических материалов, алюминия, цинкрометалла, оцинкованной стали и т. п. При этом возникают проблемы, связанные с необходимостью экстренной оценки защитных свойств новых материалов и технологий их нанесения. Решить их можно лишь при использовании методов форсированных испытаний с включением искусственных атмосферных и специальных дорожных сооружений, повышающих интенсивность коррозионного воздействия на элементы автомобиля.

Несмотря на то, что проблема исследования коррозионной стойкости автомобильной техники, эффективности защиты от корро.

10 зии являются в настоящее время весьма актуальной, количество работ, посвященных поискам её решения весьма ограничено. Это в основном работы Малышева Г. А. [32−34], Порватова И. Н. [56], Еремина Л. И. [16], Мотина A.M. [45], которые посвящены в основном исследованию антикоррозионной защите в эксплуатации автомобилей.

Целью представляемой работы является:

Разработка теоретически и практически обоснованной методики и оборудования для ускоренных (форсированных) испытаний антикоррозионной стойкости автомобильной техники и внедрение их в технологию полигонных испытаний.

Для достижения этих целей в работе решались следующие задачи:

— исследование и обобщение наблюдений коррозионной повреждаемости автомобилей и материалов автомобильных конструкций в различных эксплуатационных условиях;

— определение закономерностей развития коррозии наиболее поражаемых частей конструкции в условиях эксплуатации (применительно к региону расположения Центрального автополигона);

— разработка конструкции, создание оборудования, выбор методов воспроизведения эксплуатационных коррозионных повреждений в режиме ускоренных (форсированных) испытаний автомобильной техники на Центральном автополигоне;

— разработка перспективных средств дальнейшего совершенствования коррозионных испытаний автомобильной техники на Центральном автополигоне.

На защиту выносятся следующие положения и разработки:

— результаты анализа и обобщения данных о коррозионных повреждениях образцов автомобильной техники в рядовой эксплуатации;

— результаты экспериментальных исследований интенсивности повреждения коррозией специально подготовленных образцов легковых автомобилей при испытательных пробегах в условиях рядовой эксплуатации, соответствующим полигонным испытаниям;

— разработка средств и методов форсирования коррозионных воздействий при проведении полигонных испытаний автомобильной техники;

— статистическо-вероятностная оценка взаимосвязи коррозионной повреждаемости автомобилей в условиях рядовой эксплуатации и полигонных испытаний;

— обоснование форсирования коррозионного воздействия и разработка методики и нормативов для обеспечения адекватности полигонных пробеговых испытаний и эксплуатации автомобильной техники по интенсивности повреждения коррозией;

— результаты внедрения предложений по защите автомобильных конструкций от воздействия коррозии на основе испытаний с использованием форсированных коррозионных воздействий.

Предпосылками этих положений и разработок является общая теория процессов коррозии металлов и практика защиты от их воздействия на автомобильные конструкции, кратко изложенные в главе 1 представляемой работы.

При разработке положений, выносимых на защиту в представленной диссертации, рассмотрены и учитывались основополагающие исследования советских и зарубежных ученых ссылки, на труды которых приведены по ходу изложения материала и в списке литературы.

Результаты исследования процессов коррозионной повреждаемости в эксплуатации и в ездово-камерных цикловых испытаниях, их ста-тистическо-вероятностные оценки и сопоставления дали достоверную основу технологии ускоренных коррозионных испытаний автомобильной техники на Центральном автополигоне. Эта технология закреплена разработанной нормативно-технической документацией, действующей на протяжении более 15 лет (РТМ 37.001.055−79, РД 37.052.104−85, РД 37.052.321−98). Эффективность ее подтверждена постоянным использованием по заказам промышленных предприятий испытаний и использо.

178 ванием их результатов для повышения качества продукции путем совершенствования противокоррозионных мероприятий на серийно выпускаемых и вновь разрабатываемых моделях АТС.

7. На основании анализа опыта многолетнего использования разработанной технологии ускоренных и форсированных коррозионных испытаний создан проект перспективного оборудования для совершенствования исследований, оценки и прогнозирования коррозионной стойкости автомобильных конструкций экономичными методами. Центральной частью проекта является новая конструкция коррозионной камеры, отличающаяся совмещением в ней наряду с воспроизведением основных климатических факторов внешнего воздействия, также и воспроизведением факторов дорожно-механических воздействий.

Новая конструкция коррозионной камеры, оригинальность которой отмечена авторским свидетельством (№ 1 495 663 от 22.03.89 г.), принята в план развития Центрального автополигона НИЦИАМТ с утвержденным техническим заданием на проектирование.

Реализация проекта обеспечит дальнейшее повышение экономичности исследований эффективности новых конструктивных мероприятий, направленных на повышение противокоррозионной стойкости АТС, эффективности новых способов противокоррозионной обработки кузовов, кабин, оперения и др. частей, новых покрытий применительно к разным условиям эксплуатации, а также исключит сезонную ограниченность ездово-камерных циклических испытаний на Центральном автополигоне НИЦИАМТ.

8. В целом проведенные исследования и разработки обеспечивают оптимальное планирование ускоренных коррозионных испытаний автомобилей при адекватном воспроизведении воздействий основного спектра внешних факторов на Центральном автополигоне НИЦИАМТ для.

179 решения важных народнохозяйственных задач в области качества отечественных автомобилей:

— уточнение технических требований к автомобильным конструкциям в части антикоррозионной защиты их наиболее ответственных и дорогостоящих элементов;

— совершенствование методов проектирования автомобильных конструкций с учетом выявленных в рамках проведенных исследований новых факторов, влияющих на потребительские свойства и надежность (долговечность, сохраняемость) автомобиля в условиях регионов с повышенной агрессивностью внешней среды;

— уточнение методов испытаний автомобилей, предназначенных для экспортных поставок в страны с влажным тропическим климатом (Республика Куба, Индия, Вьетнам и др.) и регионы, прилегающие к побережьям морей и океанов.

Решенные задачи форсирования коррозионных испытаний на Центральном автополигоне НИЦИАМТ способствуют ускорению разработки, постановке на производство и непрерывному улучшению конкурентоспособных отечественных автомобилей.