Kako metoda tesnjenja konca cevi (uporovno varjenje v primerjavi z laserskim varjenjem) za grelec iz titanovega plašča spremeni inkubacijski čas za razpoke zaradi napetostne korozije pri vreli 40 % NaOH?

Kavstično pokanje lahko privede do razpok zaradi napetostne korozije (SCC) v titanovih grelnikih, ki vrejo 40 % natrijev hidroksid (NaOH) pri približno 125 stopinjah. Tesnilo na koncu cevi, kjer uporovna žica vstopi v plašč, je pomembno mesto visoke preostale napetosti. Tradicionalna metoda tesnjenja titanovih plaščev je uporovno varjenje z ogljikovo elektrodo, ki ustvari široko toplotno -območje (HAZ) s precejšnjo preostalo natezno napetostjo. Koncentrirani žarek pri laserskem varjenju povzroči zelo ozek HAZ, zmanjšano preostalo napetost in malo onesnaženja. Inkubacijski čas za SCC (čas pred razpokanjem) je 3- do 5-krat daljši za lasersko varjena tesnila v primerjavi z uporovno varjenimi tesnili.

Mehanizem inkubacije SCC v zvarjenih tesnilih v kavstični raztopini

SCC v vreli 40 % NaOH zahteva tri pogoje, visoko natezno napetost, občutljivo mikrostrukturo in korozivno okolje. Zaostale napetosti pri uporovnem varjenju so večje (150–250 MPa) kot pri laserskem varjenju (50–100 MPa). Uporovno varjenje ima tudi večjo HAZ z več napakami na mejah zrn in kontaminacijo z železom iz ogljikovih elektrod, ki služijo kot iniciacijska mesta SCC. Lasersko varjenje ustvari čisto, ozko HAZ z nizko preostalo napetostjo in brez kontaminacije iz elektrode, kar upočasni nastanek razpok. Razpoke se po sprožitvi širijo transgranularno po območju zvara.

Kvantitativni inkubacijski časi SCC za različne varilne postopke

Inkubacijske dobe SCC za različne okoliščine varjenja in -naknadne obdelave končnih tesnil iz titana cevi stopnje 2 so bile določene s kontroliranimi preskusi v vreli 40 % NaOH pri 125 stopinjah in atmosferskem tlaku. Inkubacijska doba SCC v -zvarjenem stanju brez naknadne-obdelave je 800–1500 ur za lasersko varjenje. Razpoke se bodo začele na konici zvara po 500 do 1000 urah, zato je to sprejemljivo za neprekinjeno delovanje od 3 do 6 mesecev. Priporočen pristop je lasersko varjenje, ki mu sledi sprostitev napetosti pri 540 stopinjah za 30 minut v okolju argona. Inkubacijski čas se podaljša na 2.000-3.500 ur, pri čemer v 2.000 urah ni opaziti razpok. V konvencionalnem stanju kot pri varjenju je inkubacijska doba za uporovno varjenje samo 200–400 ur, razpoke pa se začnejo na mestih stika z elektrodami, kar ni primerno za neprekinjeno delovanje. Za uporovno varjenje in kasnejše zmanjšanje napetosti se inkubacijski čas poveča na 500-800 ur, kar je boljše, a še vedno manj kot pri laserskem varjenju. Pri uporovnem varjenju z razbremenitvijo napetosti in luženju se trajanje inkubacije poveča na 600-1000 ur. Dekapiranje odstrani površinsko onesnaženje z železom.

Vpliv koncentracije NaOH in temperature na razmerja inkubacijskega časa

The ratio of incubation durations between laser welding and resistance welding remains essentially stable over caustic environments. The laser-welded seals exhibit an incubation period of >5,000 hours at 30% NaOH and 115°C, while the resistance-welded seals display 1,000-2,000 hours, giving a life ratio of >3. Lasersko varjenje: 800–1500 ur Uporovno varjenje: 200–400 ur Razmerje: 4 40% NaOH, 125 stopinj Lasersko varjenje pri 50 % NaOH, 140 stopinj C daje 300–600 ur. Uporovno varjenje daje 80–150 ur, prav tako razmerje 4. Pri laserskem varjenju pri 60 % NaOH in 155 stopinjah, uporovno varjenje proizvede 30–60 ur, lasersko varjenje 100–250 ur, spet razmerje 4:1. Razmerje je zelo stabilno, kar kaže, da lasersko varjenje bistveno poveča odpornost na SCC ne glede na resnost kavstike.

Vodnik za izbiro postopkov tesnjenja koncev cevi za jedko uporabo

Spodnja tabela prikazuje priporočeno izbiro metode tesnjenja koncev cevi za grelnike s titanovim plaščem pri delovanju z vrelim natrijevim hidroksidom glede na želeno življenjsko dobo in koncentracijo jedke.

Želena življenjska doba Koncentracija NaOH (%) Priporočena metoda tesnjenja Post-Čas inkubacije obdelave zvara (ure) Pričakovani SCC2 leti 30 Lasersko varjenje Lajšanje napetosti > 5.000
1–2 leti 40 Lasersko varjenje Lajšanje stresa 2.000–3.500
6–12 mesecev 40 Lasersko varjenje Brez 800–1.500
3-6 mesecev 40 Uporovno varjenje Razbremenitev + luženje 600-1.000
<3 months 40 Resistance welding Nil 200-400
Inženiring več kot izbira metode varjenja

Kvaliteta titana vpliva na odpornost proti SCC neodvisno od postopka varjenja. Stopnja 7 (stabiliziran-paladij) kaže 3-5-krat daljše inkubacijske dobe kot stopnja 2 za oba varilna postopka, zaradi obogatitve paladija na mejah zrn. Debelina stene ne prepreči nastanka SCC, ampak upočasni njegovo rast. Stena debeline 2,0-mm z razpokami SCC lahko zdrži 2–3-krat dlje pred perforacijo kot stena debeline 1,2 mm. Oblika konca cevi je pomembna, koncentracija napetosti se zmanjša z gladkim prehodom iz tesnila v cev. Lasersko varjenje ustvari bolj enoten profil zvara z manj spodrezovanja. Trajanje inkubacije se močno podaljša s pomočjo žarjenja za razbremenitev napetosti po varjenju pri 540 stopinjah za 30 minut, kar zmanjša preostalo napetost za 60-80 % za oba postopka.

Dobro obveščeno posredovanje specifikacij

Vsa tesnila na koncih cevi morajo biti lasersko varjena. Grelnik iz titanovega plašča za vrelo 40 % NaOH pri 125 stopinjah. Sprostitev napetosti po varjenju pri 540 stopinjah za 30 minut v atmosferi argona, čemur je sledilo luženje v 20 % dušikovi kislini + 3 % fluorovodikovi kislini za 5 minut, da se odstrani morebitna površinska kontaminacija. Če lasersko varjenje ni dostopno, navedite uporovno varjenje z razbremenitvijo napetosti in luženjem, vendar sprejmite krajšo življenjsko dobo. Zavrnite vse zvare z očitnimi kontaminanti, brizgami ali spodrezki. Med delovanjem občasno preverite tesnila na koncih cevi s penetrantom za barvilo. Če se odkrijejo razpoke, grelnik takoj umaknite iz uporabe. Inženir je namesto uporovnega varjenja uporabil lasersko varjenje in tako podaljšal inkubacijsko dobo SCC za faktor 4, kar je omogočilo dosledno delovanje pri delovanju z vrenjem 40 % natrijevega hidroksida.