Miksi titaaninen uppolämmitin, jossa on kiillotettu hitsauskärki (stressin keskittymistekijä<1.2) Outlast an As-Welded Joint (SCF >3) kertoimella 5 90 asteen meriveden katodisuojausjärjestelmässä?

Korroosio ja vetyhaurastuminen hyökkäsivät 90 asteen meriveden katodisuojausjärjestelmän titaanilämmittimiin. Hitsauskärki on korkean jännityksen keskittymisalue. as-hitsattujen liitosten SCF on 3-5 ja kiillotettujen hitsauspäiden alle 1,2. Suurempi SCF johtaa lisääntyneisiin vetojännityksiin ja siten lisääntyneeseen vedyn aiheuttamaan halkeamiseen ja väsymishalkeamien alkamiseen. Kiillotus SCF:n pienentämiseksi pidentää käyttöikää kertoimella 5. Parannus näkyy titaanivaipassa ja sisällä olevassa vastuslangassa.

Stressin keskittymistekijän rooli väsymyselämässä

Hitsausliitos on lovi, johon hitsin kärki keskittää kohdistetut ja jäännösjännitykset. Hitsauksen kärjen jännitys saadaan σ_max=SCF kertaa σ_nominal. Kun hitsatun liitoksen SCF on 4, 50 MPa:n nimellisjännitys tuottaa 200 MPa:n paikallisjännityksen, joka on lähellä luokan 2 titaanin myötörajaa. SCF:llä=1.2 kiillotetulle liitoksille sama nimellisjännitys tuottaa vain 60 MPa:n paikallisen jännityksen. Katodisessa suojajärjestelmässä vetyatomeja syntyy titaanin pinnalle. Vetojännitys vetää vedyn suurimman kolmiakselisen jännityksen asentoon hitsin kärjessä, jossa hydridit saostuvat ja halkeamat alkavat. Alempi SCF vähentää vedyn kertymisen käyttövoimaa.

Väsymisikä hitsin varpaan kunnon funktiona, määrällinen

Asteen 2 titaanihitsausliitosten väsymisajat on saatu kontrolloiduilla syklisillä kuormitustesteillä 90 asteen merivedessä katodisella suojauksella -0,85 V vs. Ag/AgCl. Terävällä lovella varustetun as-hitsatun liitoksen (SCF 4-5) käyttöikä on 10 000–30 000 sykliä halkeamisen alkamiseen. Keskimääräisen geometrian (SCF 3-4) hitsatun liitoksen jaksot ovat 20 000-50 000 ja suhteellinen käyttöikä on 1,5. Tasainen sauman hionta (SCF 1,5-2) 50 000-150,000 3.0 Mekaanisesti kiillotetulla liitoksella (SCF 1,2-1,5) syklit ovat 80 000-200 000 ja suhteellinen käyttöikä 4,0. Sähkökiillotetulle liitokselle, jonka SCF on alle 1,2, jaksot ovat 150 000-300 000 ja suhteellinen käyttöikä on 5-7 kertaa hitsaustila.

Katodisuojauspotentiaalin vaikutus SCF-herkkyyteen

Kiillotuksen etu kasvaa negatiivisemmalla katodisuojauspotentiaalilla (suojaavampi). Koska-hitsauksen kesto on 100 000-200 000 sykliä. Kiillotettu käyttöikä on 500 000-1 000 000 sykliä. Elinikäsuhde on 5 -0,80 V vs. Ag/AgCl. -0,85 V:lla hitsatun käyttöikä on 30 000 - 60 000 sykliä, kiillotetun 150 000 - 300 000 sykliä ja suhde on edelleen 5. Hitsauksen käyttöikä -0,90 V:ssa on 10 000 - 20 000 kiillotettua käyttöikää. 50 000 - 100 000 sykliä ja suhde on 5. Hitsauksen kesto -0,95 V:ssa on 5 000 - 10 000 sykliä, kiillotettu käyttöikä on 25 000 - 50 000 jaksoa ja suhde on 5. 5-kertainen jatkuva parannus osoittaa, että kiillotus ratkaisee jännityksen perusmekanismin.

Hitsausvarvassidontaopas katodisuojauspalveluihin

Alla olevassa taulukossa on suosituksia titaanilämmittimien hitsauskärkien viimeistelyyn 90 asteen meriveden katodisuojausjärjestelmissä odotettavissa olevien syklisten käyttöiän vaatimusten perusteella.

Odotetut syklit yli käyttöiän vaaditun SCF:n suositeltu hitsauskärjen viimeistely Arvioitu väsymisikä (syklit) suhteessa samaan{0}}hitsaukseen<10,000 <4 As-Welded (any) 10,000-30,000 1x 10,000-50,000 <3 As-welded (smooth) 20,000-50,000 1.5x 50,000-150,000 <2 Ground smooth 50,000-150,000 3x 150,000-300,000 <1.5 Mechanically polished 80,000-200,000 4x >300,000 <1.2 Electropolished 150,000-300,000 5-7x Engineering Beyond Weld Toe Finishing

Väsymiskestävyyteen vaikuttaa SCF:stä riippumaton titaanilaatu. Grade 7 on yhtä herkkä SCF:lle, mutta sillä on suurempi luontainen väsymislujuus palladiumrikastuksen vuoksi. Tietylle kuormitukselle nimellisjännitys riippuu seinämän paksuudesta. 2,0 mm:n seinämä antaa pienemmän jännityksen kuin 1,0 mm:n seinämä samalla taivutusmomentilla. Hitsausraudoituksen muoto on otettava huomioon. Tasainen siirtymä (säde > 3 mm) vähentää SCF:ää enemmän kuin pelkkä hionta. Jälki-hitsauksen jännityksenpoistohehkutus 540 asteessa 30 minuutin ajan vähentää jäännösjännitystä 60–80 % ja pidentää merkittävästi väsymisikää. Katodisuojauspotentiaali tulee säätää arvoon -0,80 - -0,85 V, mutta ei negatiivisemmaksi vedyn kehittymisen minimoimiseksi.

Tietoisen spesifikaation kirjoittaminen

Specify electropolish all weld toes to a stress concentration factor less than 1.2 for titanium immersion heater in 90°C seawater cathodic protection service. Require profilometer readings to verify that the weld toe radius is more than 3 mm. For existing heaters with as-welded joints, include a stress-relief anneal and grind the weld toes smooth. During operation, examine the weld area annually using dye penetrant and regrind and repolish if cracks are found. Polishing the titanium heater welds reduces the stress concentration factor from >3 -<1.2 and increases the fatigue life by a factor of 5 in cathodically protected seawater.