Zakaj potopni grelnik iz titana z varjenim končnim pokrovom hitreje odpove zaradi korozije v špranji v korenu zvara kot zaradi splošnega redčenja v 5-odstotni raztopini natrijevega hipoklorita pri 60 stopinjah?

5-odstotni natrijev hipoklorit (NaOCl) pri 60 stopinjah je močan oksidant, titan pa ima nizko enakomerno stopnjo korozije 0,01–0,05 mm na leto. Vendar pa ima potopni grelnik razpoko na korenu zvara privarjene končne kapice - prostor med končno kapico in steno cevi na notranji strani grelnika. Ta geometrija razpoke ujame stacionarni elektrolit. V špranji hipoklorit razpade na klorid in kisik, kloridi pa se koncentrirajo na 5-10-kratno skupno koncentracijo. Znotraj razpoke se pasivna prevleka uniči in stopnja korozije se poveča na 0,3–1,0 mm na leto, kar je 10–100-krat hitreje kot enakomerno tanjšanje. Okvara se pojavi predvsem pri korenu zvara, pogosto brez očitne zunanje korozije.

Mehanizem špranjske korozije na korenu zvara v hipokloritu

Oksidacijski pogoji v veliki raztopini hipoklorita povzročijo nastanek stabilnega pasivnega filma. Geometrija špranje korena zvara je omejena, tako da dopolnitev kisika ni mogoča. Hipoklorit razpade: 2OCl - → O 2 + 2Cl - . Poveča se koncentracija klorida in porablja se kisik. Ko nastane hipoklorova kislina, se lokalni pH zniža. Kombinacija visoke vsebnosti klorida, nizke vsebnosti kisika in nizkega pH je škodljiva za pasivni film. Velika zunanja katoda (ostanek grelca) povzroči hitro anodno raztapljanje v fisuri. Geometrija korena zvara vsebuje tudi preostalo natezno napetost zaradi varjenja, ki prispeva k začetku loma.

Kvantitativne stopnje korozije špranje pri korenu zvara

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) na korenu zvara, se stopnja špranjske korozije poveča na 0,5–1,2 mm/leto, do perforacije pa pride med 1000–2500 urami.

Vpliv koncentracije hipoklorita in temperature na resnost režne korozije

Resnost korozije korena zvara narašča z vsebnostjo hipoklorita in temperaturo. Stopnja režne korozije pri 60 stopinjah in 1 % NaOCl je bila 0,15–0,40 mm/leto. Stopnja je 0,30-0,80 mm/leto pri 5 % in 60 stopinjah. Hitrost je 0,50–1,20 mm letno pri 10 % in 60 stopinjah. Pri 5 % in 40 stopinjah je stopnja 0,10–0,25 mm l–1. Pri 5 % in 80 stopinjah se stopnja dvigne na 0,50 do 1,00 mm letno-1 .. Vključitev kloridov v raztopino hipoklorita (iz staranega belila) poveča stopnjo korozije špranje za nadaljnjih 30-50 %.

Priročnik za načrtovanje in ublažitev zvarnih korenin s klorom

Naslednja tabela predstavlja predloge za zasnovo zvara končne kapice in alternativne zasnove za preprečevanje špranjske korozije v 5 % natrijevem hipokloritu pri 60 stopinjah.

Zasnova zvara Reža reže (mm) Predvidena stopnja korozije reže (mm/leto) 1,2 mm Čas do perforacije stene (ure) Nasvet
Popoln prebojni zvar, poravnan z tlemi 0 (brez špranje)<0.05 >10.000 najboljših praks
Delni prebojni zvar, vrzel<0.1 mm <0.1 0.15-0.35 3,500-8,000Acceptable for inspection
Delni prebojni zvar, reža 0,1-0,3 mm 0.1-0.3 0.30-0.80 1500-4000 Obrobno
Prekrivni zvar (pokrov čez cev), razmik 0,3–0,5 mm 0,3–0.5 0.50–1.00 1,200–2500 Ni priporočljivo
Čelni zvar z nosilnim obročem 0,2–0.4 0.40–0.90 1,300–3000 Izogibajte se inženiringu, ki presega načrtovanje zvara

Kvaliteta titana vpliva na odpornost proti koroziji. Stopnja 7 (stabiliziran-paladij) ima 3-5-krat daljši začetni čas in 50-70 % nižjo stopnjo razmnoževanja kot stopnja 2 v hipokloritnih razpokah. Ocena 12 je vmesno izboljšanje. Debelina stene daje manevrski prostor v materialu . 2.0 mm stena z razpokano korozijo 0,5 mm na leto ima življenjsko dobo 4 leta. Končna kapa mora biti zasnovana kot sočelni zvar s polno penetracijo in poravnana z brušenjem znotraj in zunaj. Kadar se špranji ni mogoče izogniti, je prostor zatesnjen s PTFE trakom ali fluoropolimernim tesnilom, da se prepreči vdor elektrolita. Koncentracijo hipoklorita v špranjah zmanjšamo z občasnim izpiranjem grelnika s svežo vodo.

Specifičnost z gotovostjo

Za potopni grelnik iz titana v 5 % natrijevem hipokloritu pri 60 stopinjah določite sočelni zvar s popolno penetracijo za končno kapo, z brušenim robom na notranji in zunanji strani, da dosežete geometrijo brez -razpok. Če varjenja s popolnim prebojem ni mogoče izvesti, je treba določiti minimalno koreninsko režo zvara, manjšo od 0,1 mm, in zahtevati pregled po -varu, da se potrdi velikost reže. Titan razreda 7 je treba določiti za kritične aplikacije in opraviti preskus puščanja helija, da se preveri celovitost zvara. Vsako četrtletje preglejte območje zvara med delovanjem z boroskopom ali penetrantom z barvilom. Če so v zvaru vidni produkti korozije, zamenjajte grelec. Oblikovanje korena zvara-brez špranj odstrani mehanizem hitre korozije, kar omogoča grelniku, da doseže življenjsko dobo, omejeno le z enakomernim tanjšanjem.