В 5% натриев хипохлорит (NaOCl) при 60 градуса титанът показва ниска равномерна скорост на корозия от 0,01–0,05 mm на година поради силно окислителната среда. Въпреки това, заварената крайна капачка на потопяем нагревател съдържа цепнатина в основата на заваръчния шев-междината между крайната капачка и стената на тръбата от вътрешната страна на нагревателя. Тази геометрия на пукнатината улавя застоялия електролит. Хипохлоритът се разлага вътре в пукнатината, за да образува хлорид и кислород, а хлоридите се концентрират до 5-10 пъти по-голяма от общата концентрация. Пасивният филм се разпада вътре в пукнатината и скоростта на корозия се ускорява до 0,3–1,0 mm на година, което е 10–100 пъти по-бързо от равномерното изтъняване. Повредата възниква предимно в основата на заваръчния шев, често без видима външна корозия.

Механизмът на корозия на цепнатини в основата на заваръчния шев в хипохлорит

В насипния разтвор на хипохлорит окислителната среда поддържа стабилен пасивен филм. Вътре в цепнатината на корена на заваръчния шев ограничената геометрия предотвратява попълването на кислород. Хипохлоритът се разлага: 2OCl⁻ → O₂ + 2Cl⁻. Концентрацията на хлорид се увеличава и кислородът се изчерпва. Локалното рН спада, когато се образува хипохлорна киселина. Комбинацията от високо съдържание на хлорид, ниско съдържание на кислород и киселинно pH разрушава пасивния филм. Големият външен катод (останалата част от нагревателя) задвижва бързото анодно разтваряне в пукнатината. Геометрията на корена на заваръчния шев също съдържа остатъчно напрежение на опън от заваряване, което ускорява образуването на пукнатини.

Количествени скорости на корозия на цепнатина в основата на заваръчния шев

Controlled testing in 5% NaOCl at 60°C over 1,000 hours has established the following corrosion rates for Grade 2 titanium at different heater locations. For the tube body (smooth surface, no crevice), the uniform corrosion rate is 0.01–0.03 mm per year, and the surface remains bright with no pitting. For the external weld toe (the outside of the welded end cap), the corrosion rate is 0.02–0.05 mm per year, and the surface shows light etching. For the weld root crevice (inside gap of 0.1–0.3 mm), the crevice corrosion rate is 0.3–0.8 mm per year, and severe grooving occurs, with perforation of a 1.2 mm wall within 1,500–4,000 hours. For the weld root with a poorly fitted end cap (gap >0,5 mm), скоростта на корозия на пукнатината се увеличава до 0,5–1,2 mm на година, с перфорация в рамките на 1000–2500 часа.

Влияние на концентрацията на хипохлорит и температурата върху тежестта на пукнатините

Тежестта на корозията на корена на заваръчния шев се увеличава с концентрацията и температурата на хипохлорита. При 1% NaOCl и 60 градуса скоростта на корозия на пукнатината е 0,15–0,40 mm на година. При 5% и 60 градуса скоростта е 0,30–0,80 mm на година. При 10% и 60 градуса скоростта достига 0,50–1,20 mm на година. При 5% и 40 градуса скоростта е 0,10–0,25 mm на година. При 5% и 80 градуса скоростта нараства до 0,50–1,00 mm на година. Наличието на хлориди в разтвора на хипохлорит (от остаряла белина) увеличава скоростта на корозия на пукнатините с допълнителни 30–50%.

Проектиране на основата на заваръчните шевове и ръководство за смекчаване на риска при обслужване с хипохлорит

Следващата таблица предоставя препоръки за конструкция на заваръчния шев на крайната капачка и алтернативни конфигурации за предотвратяване на корозия в пукнатини в 5% натриев хипохлорит при 60 градуса.

Инженерство отвъд дизайна на заварките

Степента на титан влияе върху устойчивостта на корозия в пукнатини. Степен 7 (стабилизиран с паладий) има 3–5 пъти по-дълго време за започване и 50–70% по-ниска скорост на разпространение от степен 2 в хипохлоритни пукнатини. Степен 12 предлага средно подобрение. Дебелината на стената осигурява надбавка за материал; 2,0 mm стена с корозия на цепнатини при 0,5 mm на година оцелява 4 години. Крайната капачка трябва да бъде проектирана като челна заварка с пълно проникване, шлифована както отвътре, така и отвън. Ако пукнатината не може да бъде избегната, запълването на празнината с PTFE лента или флуорополимерен уплътнител предотвратява навлизането на електролит. Периодичното промиване на нагревателя с прясна вода намалява концентрацията на хипохлорит в пукнатините.

Създаване на информирана спецификация

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 създадете геометрия без-процепи. Ако заварката с пълно проникване не е възможна, посочете минимална междина в основата на заваръчния шев по-малка от 0,1 mm и изискайте проверка след -заваряването, за да проверите размера на междината. За критични приложения посочете титан клас 7 и добавете тест за теч на хелий, за да проверите целостта на заваръчния шев. По време на работа проверявайте зоната на заваръчния шев на всяко тримесечие, като използвате бороскоп или пенетрант за оцветяване; ако продуктите на корозия се виждат вътре в заваръчния шев, сменете нагревателя. Чрез проектирането на корена на заваръчния шев без пукнатини, инженерът елиминира механизма за бърза корозия, позволявайки на нагревателя да постигне експлоатационен живот, ограничен само от равномерно изтъняване.