Zakaj potopni grelnik iz titana z varjenim končnim pokrovom hitreje odpove zaradi korozije v špranji v korenu zvara kot zaradi splošnega redčenja v 5 % raztopini natrijevega hipoklorita pri 60 stopinjah?
Pustite sporočilo
V 5 % natrijevem hipokloritu (NaOCl) pri 60 stopinjah ima titan nizko enakomerno stopnjo korozije 0,01–0,05 mm na leto zaradi močno oksidacijskega okolja. Vendar pa privarjeni končni pokrov potopnega grelnika vsebuje špranjo pri korenu zvara-režo med končnim pokrovom in steno cevi na notranji strani grelnika. Ta geometrija reže ujame stagnirajoči elektrolit. Hipoklorit razpade v razpoki, da nastane klorid in kisik, kloridi pa se koncentrirajo na 5–10-kratno skupno koncentracijo. Pasivni film se znotraj špranje razgradi in stopnja korozije se pospeši na 0,3–1,0 mm na leto, kar je 10–100-krat hitreje kot enakomerno tanjšanje. Do okvare pride prednostno pri korenu zvara, pogosto brez vidne zunanje korozije.
Mehanizem špranjske korozije na korenu zvara v hipokloritu
V razsuti raztopini hipoklorita oksidacijsko okolje ohranja stabilen pasivni film. Znotraj špranje korena zvara omejena geometrija preprečuje obnavljanje kisika. Hipoklorit se razgradi: 2OCl⁻ → O₂ + 2Cl⁻. Koncentracija klorida se poveča, kisika pa zmanjka. Lokalni pH pade, ko nastane hipoklorova kislina. Kombinacija visoke vsebnosti klorida, nizke vsebnosti kisika in kislega pH uniči pasivni film. Velika zunanja katoda (ostanek grelnika) poganja hitro anodno raztapljanje znotraj špranje. Geometrija korena zvara vsebuje tudi preostalo natezno napetost zaradi varjenja, ki pospeši nastanek razpok.
Kvantitativne stopnje korozije špranj v korenu zvara
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), se stopnja korozije špranje poveča na 0,5–1,2 mm na leto, s perforacijo v 1000–2500 urah.
Vpliv koncentracije hipoklorita in temperature na resnost razpoke
Resnost korozije korena zvara se povečuje s koncentracijo in temperaturo hipoklorita. Pri 1 % NaOCl in 60 stopinjah je stopnja korozije špranj 0,15–0,40 mm na leto. Pri 5 % in 60 stopinjah je stopnja 0,30–0,80 mm na leto. Pri 10 % in 60 stopinjah stopnja doseže 0,50–1,20 mm na leto. Pri 5 % in 40 stopinjah je stopnja 0,10–0,25 mm na leto. Pri 5 % in 80 stopinjah stopnja naraste na 0,50–1,00 mm na leto. Prisotnost kloridov v raztopini hipoklorita (iz staranega belila) poveča stopnjo korozije špranj za dodatnih 30–50 %.
Priročnik za načrtovanje korena zvara in ublažitev za hipokloritne storitve
Naslednja tabela podaja priporočila za zasnovo zvara končne kapice in alternativne konfiguracije za preprečevanje špranske korozije v 5 % natrijevem hipokloritu pri 60 stopinjah.
| Oblikovanje zvara | Reža špranje (mm) | Pričakovana stopnja korozije špranje (mm/leto) | Čas do perforacije 1,2 mm stene (ure) | Priporočilo |
|---|---|---|---|---|
| Zvar s polnim prebojem, poravnan z tlemi | 0 (brez reže) | <0.05 | >10,000 | Najboljša praksa |
| Delni prebojni zvar, vrzel<0.1 mm | <0.1 | 0.15–0.35 | 3,500–8,000 | Sprejemljivo s pregledom |
| Zvar z delnim prebojem, razmak 0,1–0,3 mm | 0.1–0.3 | 0.30–0.80 | 1,500–4,000 | Obrobni |
| Prekrivni zvar (pokrov čez cev), razmak 0,3–0,5 mm | 0.3–0.5 | 0.50–1.00 | 1,200–2,500 | Ni priporočljivo |
| Čelni zvar s podpornim obročem | 0.2–0.4 | 0.40–0.90 | 1,300–3,000 | Izogibajte se |
Inženiring zunaj oblikovanja zvarov
Stopnja titana vpliva na odpornost proti koroziji. Stopnja 7 (stabiliziran-paladij) ima 3–5-krat daljši začetni čas in 50–70 % nižjo stopnjo širjenja kot stopnja 2 v hipokloritnih razpokah. Razred 12 ponuja vmesno izboljšanje. Debelina stene zagotavlja dodatek za material; 2,0 mm stena z razpokano korozijo pri 0,5 mm na leto preživi 4 leta. Končna kapica mora biti zasnovana kot sočelni zvar s popolno penetracijo, z brušenim ravnanjem na notranji in zunanji strani. Če se reži ni mogoče izogniti, zapolnite režo s PTFE trakom ali fluoropolimerno tesnilno maso, da preprečite vdor elektrolita. Občasno izpiranje grelnika s svežo vodo zmanjša koncentracijo hipoklorita v špranjah.
Izdelava informirane specifikacije
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 ustvarite geometrijo brez rež-. Če popolni prebojni zvar ni mogoč, navedite najmanjšo koreninsko režo vara, manjšo od 0,1 mm, in zahtevajte pregled po-varu, da preverite velikost reže. Za kritične aplikacije določite titan razreda 7 in dodajte helijev test puščanja, da preverite celovitost zvara. Med delovanjem vsako četrtletje preglejte območje zvara z uporabo boroskopa ali penetranta z barvilom; če so v zvaru vidni produkti korozije, zamenjajte grelec. Inženir z zasnovo korena zvara-brez razpok odpravi mehanizem hitre korozije, kar omogoča grelniku, da doseže življenjsko dobo, omejeno le z enakomernim tanjšanjem.
