Miksi titaaninen uppolämmitin, jossa on hitsattu päätytulppa, epäonnistuu nopeammin rakokorroosion takia hitsin juurella kuin yleisellä ohennuksella 5-prosenttisessa natriumhypokloriittiliuoksessa 60 asteessa?

Titaanilla on vaatimaton tasainen korroosionopeus 0,01–0,05 mm vuodessa 5 % natriumhypokloriitissa (NaOCl) 60 asteessa aggressiivisesti hapettavan ilmakehän vuoksi. Sähkövastuslämmittimen hitsatussa päätykannessa on kuitenkin halkeama hitsin juuressa, päätykannen ja lämmittimen sisällä olevan putken seinämän välissä. Tämä halkeaman geometria rajoittaa paikallaan olevaa elektrolyyttiä. Hypokloriitti hajoaa halkeamassa kloridiksi ja hapeksi. Kloridit kerääntyvät 5-10 kertaa bulkkipitoisuuteen verrattuna. Halkeamassa passiivinen pinnoite hajoaa ja korroosionopeus kasvaa 0,3-1,0 mm/v, 10-100 kertaa tasaisen ohenemisen nopeus. Vika tapahtuu mieluiten hitsin juurissa, usein ilman näkyvää ulkoista korroosiota.

Rakokorroosion mekanismi hypokloriitin hitsausjuuressa

Bulkkihypokloriittiliuos on hapettava ympäristö, joka ylläpitää vakaata passiivikalvoa. Hitsin juuriraon geometria rajoittaa hapen syöttöä. Hypokloriitin hajoaminen: 2OCl- → O2 + 2Cl-. Kloridipitoisuus kasvaa ja happi loppuu. Paikallinen pH laskee, kun hypokloorihappoa muodostuu. Korkean kloridin, alhaisen hapen ja happaman pH:n yhdistelmä hajottaa passiivikalvoa. Valtava ulkoinen katodi (muu lämmittimen osa) johtaa nopeaan anodiseen liukenemiseen halkeamassa. Hitsauksen jäännösvetolujuus sisältyy myös hitsin juuren muotoon ja helpottaa murtumisen alkamista.

Hitsin juuriraon korroosion määrälliset nopeudet

Corrosion rates have been established for Grade 2 titanium from controlled tests of 1000 hours in 5% NaOCl at 60°C in various heater sites. For the tube body (smooth surface without crevice), the uniform corrosion rate is 0.01-0.03mm/year, and the surface is bright without pitting. The corrosion rate at the external weld toe (the outside of the welded end cap) is 0.02 to 0.05 mm per year and the surface is lightly etched. For the weld root crevice (inside gap 0.1–0.3 mm) the crevice corrosion rate is 0.3–0.8 mm/yr and severe grooving is observed, perforating a 1.2 mm wall in 1,500–4,000 h. For the weld root with a badly fitted end cap (gap >0,5 mm), rakokorroosionopeus kasvaa 0,5-1,2 mm/vuosi ja rei'itys tapahtuu 1000-2500 tunnissa.

Lämpötilan ja hypokloriittipitoisuuden vaikutus rakon vakavuuteen

Hypokloriittipitoisuus ja lämpötila lisäävät hitsin juurirakokorroosion vakavuutta. Rakokorroosionopeus oli 0,15–0,40 mm/v 1 % NaOCl:ssa ja 60 asteessa. 5 % ja 60 asteen nopeudella 0,30-0,80 mm vuodessa 10 % ja 60 asteen nopeus on 0,50-1,20 mm/vuosi. 5 %:ssa ja 40 asteessa nopeus on 0,10-0,25 mm/v. 5 % ja 80 asteen kulmassa nopeus nostetaan 0,50-1,00 mm:iin vuodessa. Kloridien sisällyttäminen hypokloriittiliuokseen (vanhennetusta valkaisuaineesta) nostaa rakokorroosionopeutta edelleen 30-50 %.

Hypokloriittipalvelun hitsausjuuren suunnittelu- ja lievennysopas

Alla olevassa taulukossa on ohjeita päätykappaleiden hitsaussaumojen suunnitteluun ja vaihtoehtoisia malleja, joilla estetään rakokorroosio 5 % natriumhypokloriitissa 60 asteen kulmassa.

Hitsausrakenne Rakoväli (mm) Odotettu rakokorroosionopeus (mm/vuosi) Rei'itysaika (1,2 mm) Seinä (tuntia) Suositus
Täysi läpitunkeumahitsaus maatasolla 0 (ei rakoa)<0.05 >10 000 Hyvä käytäntö
Osittainen läpivientihitsaus, rako<0.1 mm <0.1 0.15-0.35 3,500-8,000Acceptable with inspection.
Osittainen läpivientihitsaus, rako 0,1–0,3 mm 0,1–0.3 0.30–0.80 1,500–4 000 marginaali
Kierroshitsaus (korkki putken päällä), rako 0,3–0,5 mm 0,3–0.5 0.50–1.00 1,200–2500Ei suositella
Puskuhitsaus taustarenkaalla 0.2-0.4 0.40-0.90 1,300-3000 Vältä suunnittelua pidemmälle kuin hitsaussuunnittelu

Titaanin laatu vaikuttaa rakokorroosionkestävyyteen. Luokassa 7 (palladium-stabiloitu) on 3-5 kertaa pidempi initiaatioaika, 50-70 % pienempi etenemisnopeus kuin 2-asteella hypokloriitin rakoissa. Luokka 12 tarjoaa väliparannuksia . Seinämän paksuus sallii materiaali. 2.0 mm seinämän, 0,5 mm vuodessa rakokorroosion, kestää 4 vuotta. Päätykannen tulee olla täysin läpitunkeutuva päittäishitsi ja hiottu tasaisesti sisä- ja ulkopuolelta. Jos rakoa ei voida välttää, PTFE-teippiä tai fluoripolymeeritiivistettä voidaan käyttää raon tiivistämiseen ja elektrolyytin sisäänpääsyn estämiseen. Kiukaan säännöllinen huuhtelu makealla vedellä vähentää hypokloriittipitoisuutta rakoissa.

Ilmoitettu eritelmä

Puskuhitsaus täysin tunkeutumalla päätykappaleeseen titaanisupistuslämmittimelle 5 % natriumhypokloriitissa 60 asteessa, hiottuna tasaisesti sisältä ja ulkoa halkeamattomaan geometriaan. Jos täydellistä läpitunkeutuvaa hitsausta ei voida saavuttaa, määritä minimihitsin juuriväliksi alle 0,1 mm ja vaadi hitsaus-tarkistus raon koon tarkistamiseksi. Valitse kriittisiin sovelluksiin Grade 7 titaani ja lisää heliumvuototesti hitsin eheyden varmistamiseksi. Tarkasta hitsausalue neljännesvuosittain käytössä boreskoopilla tai väriaineläpäisyaineella; Jos hitsin sisällä näkyy korroosiotuotteita, lämmitin on vaihdettava. Insinööri eliminoi nopean korroosiomekanismin rakentamalla rakottoman hitsausjuuren, joten lämmittimen käyttöikää rajoittaa vain tasainen ohentaminen.