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?

5% натриев хипохлорит (NaOCl) при 60 градуса е силен окислител, а титанът има ниска равномерна скорост на корозия от 0,01–0,05 mm на година. Потопяемият нагревател обаче има пукнатина в основата на заварения шев на заварената крайна капачка - пространството между крайната капачка и стената на тръбата от вътрешната страна на нагревателя. Тази геометрия на пукнатината улавя неподвижен електролит. В пукнатината хипохлоритът се разлага до хлорид и кислород и хлоридите се концентрират до 5-10 пъти общата концентрация. Вътре в пукнатината пасивното покритие се разрушава и скоростта на корозия се увеличава до 0,3–1,0 mm на година, 10–100 пъти по-бързо от равномерното изтъняване. Повредата възниква предимно в основата на заваръчния шев, често без видима външна корозия.

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

Окислителните условия в насипния разтвор на хипохлорит водят до образуването на стабилен пасивен филм. Геометрията на процепа на корена на заваръчния шев е ограничена, така че не е възможно попълване на кислород. Хипохлоритът се разлага: 2OCl - → O 2 + 2Cl - . Концентрацията на хлорид се увеличава и се изразходва кислород. Тъй като се образува хипохлорна киселина, местното pH се понижава. Комбинацията от високо съдържание на хлорид, ниско съдържание на кислород и ниско pH е вредна за пасивния филм. Големият външен катод (останалата част от нагревателя) предизвиква бързо анодно разтваряне във фисурата. Геометрията на корена на заваръчния шев също съдържа остатъчно напрежение на опън от заваряване, което допринася за започване на счупване.

Количествени скорости на корозия на пукнатината в основата на заваръчния шев

Corrosion rates for Grade 2 titanium at different heater positions were determined using controlled tests in 5% NaOCl at 60°C for 1,000 hours. The tube body (smooth surface, no crevice) is uniformly corroded at a rate of 0.01–0.03 mm year−1 and the surface is bright, without pitting. For the outer weld toe (the outside of the welded end cap), the corrosion rate is 0.02~0.05 mm per year and mild etching is seen on the surface. For the weld root crevice (inner gap of 0.1–0.3 mm) crevice corrosion rate is 0.3–0.8 mm per year, considerable grooving is observed, and perforation of a 1.2 mm wall takes place in 1,500–4,000 hours. When the end cap is inadequately fitted (gap >0,5 mm) върху корена на заваръчния шев, скоростта на корозия в пукнатината се увеличава до 0,5–1,2 mm/година и перфорацията настъпва между 1000–2500 часа.

Ефект на концентрацията на хипохлорит и температурата върху тежестта на корозията в пукнатини

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

Наръчник за проектиране и смекчаване на заваръчните шевове при обслужване с хлор

Следващата таблица представя предложения за дизайн на заваръчния шев на крайната капачка и алтернативни дизайни за предотвратяване на корозия в пукнатини в 5% натриев хипохлорит при 60 градуса.

Дизайн на заваръчния шев Пукнатини Разстояние (mm) Прогнозна скорост на корозия на цепнатината (mm/година) 1,2 mm Време до перфориране на стената (часове) Съвет
Заваръчен шев с пълно проникване, наравно със земята 0 (без цепнатина)<0.05 >10 000 най-добри практики
Заваръчен шев с частично проникване, междина<0.1 mm <0.1 0.15-0.35 3,500-8,000Acceptable for inspection
Заваръчен шев с частично проникване, междина 0,1-0,3 mm 0.1-0.3 0.30-0.80 1500-4000 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

Степента на титан оказва влияние върху устойчивостта на корозия в пукнатини. Степен 7 (стабилизиран с паладий) има 3-5 пъти по-дълго начално време и 50-70 % по-ниска скорост на разпространение от степен 2 в пукнатини от хипохлорит. Степен 12 е средно подобрение. Дебелината на стената дава свобода на материала . 2.0 mm стена с корозия на пукнатини от 0,5 mm на година има живот от 4 години. Крайната капачка трябва да бъде проектирана като челна заварка с пълно проникване и шлайфане както отвътре, така и отвън. Когато пукнатината не може да бъде избегната, пространството се запечатва с PTFE лента или флуорополимерен уплътнител, за да се предотврати проникването на електролит. Концентрацията на хипохлорит в пукнатините се намалява чрез периодично промиване на нагревателя с прясна вода.

Специфичност със сигурност

За титаниев потопяем нагревател в 5% натриев хипохлорит при 60 градуса, посочете челна заварка с пълно проникване за крайната капачка, шлифована отвътре и отвън, за да постигнете-геометрия без пукнатини. Ако заваряването с пълно проникване не може да бъде извършено, трябва да се определи минимална междина в основата на заваръчния шев от по-малко от 0,1 mm и трябва да се изисква проверка след-заваряването, за да се потвърди размерът на междината. Трябва да се посочи титан клас 7 за критични приложения и да се проведе тест за теч на хелий, за да се провери целостта на заваръчния шев. Проверявайте тримесечно зоната на заваръчния шев по време на работа с бороскоп или пенетрант с багрило. Ако продуктите на корозия се виждат в заваръчния шев, сменете нагревателя. Проектирането на корена на заваръчния шев без пукнатини премахва механизма на бърза корозия, което позволява на нагревателя да достигне експлоатационен живот, ограничен само от равномерно изтъняване.