Защо титанов потопяем нагревател със заварена крайна капачка се поврежда по-бързо от корозия на цепнатини в основата на заварката, отколкото от общо изтъняване в 5% разтвор на натриев хипохлорит при 60 градуса?

Титанът има умерена равномерна скорост на корозия от 0,01–0,05 mm на година в 5% натриев хипохлорит (NaOCl) при 60 градуса поради агресивно окислителната атмосфера. Въпреки това, заварената крайна капачка на потопяем нагревател има пукнатина в основата на заваръчния шев, пространството между крайната капачка и стената на тръбата вътре в нагревателя. Тази геометрия на фисурата ограничава неподвижния електролит. Хипохлоритът се разлага в пукнатината до хлорид и кислород. Хлоридите се натрупват до 5 до 10 пъти повече от общата концентрация. В пукнатината пасивното покритие се разрушава и скоростта на корозия се увеличава до 0,3 до 1,0 mm/годишно, 10 до 100 пъти скоростта на равномерното изтъняване. Повредата се случва за предпочитане в основата на заваръчния шев, често без видима външна корозия.

Механизъм на корозия на пукнатини в основата на заваръчния шев в хипохлорит

Насипният разтвор на хипохлорит е окислителна среда, която поддържа стабилен пасивен филм. Геометрията на пукнатината на корена на заваръчния шев ограничава подаването на кислород. Разлагане на хипохлорит: 2OCl- → O2 + 2Cl-. Концентрацията на хлорид се увеличава и кислородът намалява. Локалното рН пада с образуването на хипохлорна киселина. Комбинацията от високо съдържание на хлорид, ниско съдържание на кислород и киселинно pH разгражда пасивния филм. Огромният външен катод (останалата част от нагревателя) води до бързо анодно разтваряне във фисурата. Остатъчното напрежение на опън от заваряването също се съдържа във формата на корена на заваръчния шев и улеснява инициирането на счупване.

Количествени скорости на корозия на цепнатината на корена на заваръчния шев

Corrosion rates have been established for Grade 2 titanium from controlled tests of 1000 hours in 5% NaOCl at 60°C in various heater sites. For the tube body (smooth surface without crevice), the uniform corrosion rate is 0.01-0.03mm/year, and the surface is bright without pitting. The corrosion rate at the external weld toe (the outside of the welded end cap) is 0.02 to 0.05 mm per year and the surface is lightly etched. For the weld root crevice (inside gap 0.1–0.3 mm) the crevice corrosion rate is 0.3–0.8 mm/yr and severe grooving is observed, perforating a 1.2 mm wall in 1,500–4,000 h. For the weld root with a badly fitted end cap (gap >0,5 mm), скоростта на корозията на пукнатината нараства до 0,5-1,2 mm/година и перфорацията се случва за 1000-2500 часа.

Влияние на температурата и концентрацията на хипохлорит върху тежестта на пукнатината

Тежестта на корозията на корена на заваръчния шев се увеличава от съдържанието на хипохлорит и температурата. Скоростта на корозия в пукнатината е 0,15–0,40 mm/годишно при 1% NaOCl и 60 градуса. При 5 % и 60 градуса скоростта е 0,30–0,80 mm на година При 10 % и 60 градуса скоростта е 0,50–1,20 mm/година. При 5% и 40 градуса скоростта е 0,10-0,25 mm/год. При 5% и 80 градуса скоростта се увеличава до 0,50-1,00 mm на година. Включването на хлориди в разтвора на хипохлорит (от остаряла белина) допълнително повишава степента на корозия на пукнатини с 30-50%.

Ръководство за дизайн и смекчаване на основата на хипохлоритната заварка

Таблицата по-долу включва насоки за проектиране на заварки на крайни капачки и алтернативни дизайни за предотвратяване на корозия в пукнатини в 5% натриев хипохлорит при 60 градуса.

Дизайн на заваръчния шев Разстояние между процепите (mm) Очаквана скорост на корозия на процепа (mm/година) Време до перфорация (1,2 mm) Стена (часове) Препоръка
Изравнена със земята заварка с пълно проникване 0 (без цепнатина)<0.05 >10 000 Добра практика
Заваръчен шев с частично проникване, междина<0.1 mm <0.1 0.15-0.35 3,500-8,000Acceptable with inspection.
Заваръчен шев с частично проникване, междина 0,1–0,3 mm 0,1–0.3 0.30–0.80 1,500–4 000 Маргинално
Заваръчен шев (капачка над тръбата), междина 0,3–0,5 mm 0,3–0.5 0.50–1.00 1,200–2 500 Не се препоръчва
Челно заваряване с поддържащ пръстен 0.2-0.4 0.40-0.90 1,300-3000 Избягвайте инженеринга извън дизайна на заварката

Класът на титана оказва влияние върху устойчивостта на корозия в пукнатините. Степен 7 (стабилизиран с паладий-) има 3-5 пъти по-дълго време за започване, 50-70% по-ниска скорост на разпространение от степен 2 в пукнатини от хипохлорит. За 12 клас се предлагат междинни подобрения. Дебелината на стената позволява материал. 2.0 mm стена, 0,5 mm на година корозия на пукнатини, оцелява 4 години. Крайната капачка трябва да бъде челна заварка с пълно проникване и шлайфане отвътре и отвън. Ако пукнатината не може да бъде избегната, може да се използва PTFE лента или флуорополимерен уплътнител, за да се запуши празнината и да се предотврати проникването на електролит. Периодичното промиване на нагревателя с прясна вода намалява съдържанието на хипохлорит в пукнатините.

Информирана спецификация

Челно заваряване с пълно проникване на крайната капачка за титаниев потопяем нагревател в 5% натриев хипохлорит при 60 градуса, шлифоване навътре и навън до геометрия без пукнатини. Когато не може да се постигне заваръчен шев с пълно проникване, определете минимална междина в основата на заваръчния шев от по-малко от 0,1 mm и изисквайте проверка след -заваряването, за да проверите размера на междината. За критични приложения изберете титан клас 7 и добавете тест за течове с хелий, за да гарантирате целостта на заваръчния шев. Проверявайте зоната на заваръчния шев на всяко тримесечие при работа с бороскоп или пенетрант за багрило; ако продуктите на корозия са видими вътре в заваръчния шев, нагревателят трябва да се смени. Инженерът елиминира механизма за бърза корозия чрез конструиране на заваръчен шев без пукнатини, поради което нагревателят ще има експлоатационен живот, ограничен само от равномерно изтъняване.