Zakaj potopni grelnik iz titana s poliranim zvarnim vrhom (faktor koncentracije napetosti)<1.2) Outlast An As-Welded Joint (SCF >3) S faktorjem 5 v sistemu katodne zaščite z morsko vodo 90 stopinj?
Pustite sporočilo
V 90-stopinjskem katodnem zaščitnem sistemu z morsko vodo so titanovi grelniki izpostavljeni koroziji in vodikovi krhkosti. Konica zvara je območje visoke koncentracije napetosti. As-zvarjeni spoji imajo faktor koncentracije napetosti (SCF) 3–5, medtem ko polirani zvarni konici zmanjšajo SCF pod 1,2. Višji SCF poveča natezne napetosti, spodbuja razpoke,-ki jih povzroča vodik, in začetek razpok zaradi utrujenosti. Zmanjšanje SCF s poliranjem podaljša življenjsko dobo za faktor 5. Izboljšanje je opaziti tako na titanovem ovoju kot na uporovni žici v njem.
Mehanizem vpliva faktorja koncentracije napetosti na življenjsko dobo zaradi utrujenosti
V varjenem spoju zvar deluje kot zareza, ki koncentrira uporabljene in preostale napetosti. Efektivna napetost na konici zvara je σ_max=SCF × σ_nominal. Za ne-zvarjen spoj s SCF=4 nazivna napetost 50 MPa povzroči lokalno napetost 200 MPa, kar se približa meji tečenja titana stopnje 2. Za poliran spoj s SCF=1.2 enaka nazivna napetost povzroči lokalno napetost samo 60 MPa. V sistemu katodne zaščite nastajajo vodikovi atomi na površini titana. Natezna napetost potegne vodik v območje največje triosne napetosti na konici zvara, kjer se obarjajo hidridi in začnejo razpoke. Nižji SCF zmanjša gonilno silo za kopičenje vodika.
Kvantitativna življenjska doba ob utrujenosti kot funkcija stanja konice zvara
Nadzorovano ciklično obremenitveno testiranje v morski vodi pri 90 stopinjah s katodno zaščito pri -0,85 V v primerjavi z Ag/AgCl je določilo naslednje doživetja ob utrujenosti za zvarne spoje iz titana stopnje 2. Za-zvarjen spoj z ostro zarezo (SCF 4–5) je ciklov do začetka razpoke 10.000–30.000, življenjska doba glede na-zvarjen 1,0. Za ne-zvarjeni spoj s povprečno geometrijo (SCF 3–4) so cikli 20.000–50.000, relativna življenjska doba pa 1,5. Za brušen gladek spoj (SCF 1,5–2) so cikli 50.000–150.000, relativna življenjska doba pa 3,0. Za mehansko polirani spoj (SCF 1,2–1,5) so cikli 80.000–200.000, relativna življenjska doba pa 4,0. Za elektropolirani spoj s SCF pod 1,2 so cikli 150.000–300.000, relativna življenjska doba pa je 5–7-krat večja kot v varjenem stanju.
Vpliv potenciala katodne zaščite na občutljivost SCF
Korist poliranja se poveča, ko postane potencial katodne zaščite bolj negativen (bolj zaščiten). Pri -0,80 V v primerjavi z Ag/AgCl je življenjska doba kot-zvarjenega 100.000–200.000 ciklov, življenjska doba poliranja je 500.000–1.000.000 ciklov in razmerje življenjske dobe je 5. Pri -0,85 V je življenjska doba kot-zvarjenega 30.000–60.000 ciklov, polirana življenjska doba je 150.000–300.000 ciklov, razmerje pa ostane 5. Pri -0,90 V je življenjska doba po varjenju 10.000–20.000 ciklov, polirana življenjska doba je 50.000–100.000 ciklov, razmerje pa je 5. Pri -0,95 V, življenjska doba po varjenju je 5.000–10.000 ciklov, življenjska doba poliranega cikla je 25.000–50.000 ciklov, razmerje pa je 5. Konsistentno 5× izboljšanje kaže, da poliranje obravnava osnovni mehanizem koncentracije napetosti, neodvisen od absolutne življenjske dobe.
Vodnik za končno obdelavo zvarnih prstov za storitve katodne zaščite
Naslednja tabela podaja priporočila za končno obdelavo prstov zvara za titanove grelnike v sistemih katodne zaščite z morsko vodo 90 stopinj, ki temeljijo na zahtevah pričakovane ciklične življenjske dobe.
| Pričakovani cikli v življenjski dobi | Zahtevan SCF | Priporočena končna obdelava zvarnih prstov | Pričakovana življenjska doba zaradi utrujenosti (cikli) | Glede na As-Welded |
|---|---|---|---|---|
| <10,000 | <4 | Kot-varjen (poljubno) | 10,000–30,000 | 1× |
| 10,000–50,000 | <3 | Kot-varjeno (gladko) | 20,000–50,000 | 1.5× |
| 50,000–150,000 | <2 | Tla gladka | 50,000–150,000 | 3× |
| 150,000–300,000 | <1.5 | Mehansko polirano | 80,000–200,000 | 4× |
| >300,000 | <1.2 | Elektropolirano | 150,000–300,000 | 5–7× |
Inženiring poleg končne obdelave zvarnih prstov
Stopnja titana vpliva na odpornost proti utrujenosti neodvisno od SCF. Stopnja 7 ima podobno občutljivost SCF, vendar večjo intrinzično trdnost zaradi obogatitve s paladijem. Debelina stene vpliva na nominalno napetost za določeno obremenitev; 2,0 mm stena ima manjšo napetost kot 1,0 mm stena za enak upogibni moment. Oblika ojačitve zvara je pomembna; gladek prehod s polmerom, večjim od 3 mm, zmanjša SCF bolj kot samo brušenje. 30-minutno žarjenje za razbremenitev napetosti po-varju pri 540 stopinjah zmanjša preostale napetosti za 60–80 %, kar dodatno izboljša življenjsko dobo. Potencial katodne zaščite je treba nadzorovati na -0,80 do -0,85 V, ne več negativno, da se čim bolj zmanjša razvijanje vodika.
Izdelava informirane specifikacije
For a titanium immersion heater in 90°C seawater cathodic protection service, specify that all weld toes be electropolished to achieve a stress concentration factor below 1.2. Require profilometer measurements to verify that the weld toe radius exceeds 3 mm. For existing heaters with as-welded joints, add a stress relief anneal and grind the weld toes smooth. During operation, inspect the weld area annually using dye penetrant; if cracks are detected, regrind and repolish. By reducing the stress concentration factor from >3 do<1.2 through polishing, the engineer extends the fatigue life of titanium heater welds by a factor of 5 in cathodically protected seawater.
