Miksi titaaninen uppolämmitin, jossa on kiillotettu hitsauskärki (stressin keskittymistekijä<1.2) Outlast An As-Welded Joint (SCF >3) kertoimella 5 90 asteen meriveden katodisuojausjärjestelmässä?
Jätä viesti
90 asteen meriveden katodisuojausjärjestelmässä titaanilämmittimet ovat alttiina sekä korroosiolle että vetyhaurastumiselle. Hitsauskärki on alue, jolla on korkea jännityspitoisuus. Koska-hitsattujen liitosten jännityskerroin (SCF) on 3–5, kun taas kiillotetut hitsauskärjet laskevat SCF:n alle 1,2:n. Korkeampi SCF vahvistaa vetojännitystä, mikä edistää vedyn -indusoitua halkeilua ja väsymishalkeamien alkamista. SCF:n pienentäminen kiillottamalla pidentää käyttöikää kertoimella 5. Parannus havaitaan sekä titaanivaipassa että sen sisällä olevassa vastuslangassa.
Stressin keskittymistekijän vaikutus väsymyselämään
Hitsausliitoksessa hitsauskärki toimii lovena, joka keskittää kohdistuvat ja jäännösjännitykset. Tehollinen jännitys hitsin kärjessä on σ_max=SCF × σ_nominal. SCF:llä -hitsatussa hitsatussa liitoksessa 50 MPa:n nimellisjännitys tuottaa 200 MPa:n paikallisjännityksen, joka on lähellä luokan 2 titaanin myötörajaa. SCF:llä=1.2 kiillotetussa liitoksessa sama nimellisjännitys tuottaa vain 60 MPa:n paikallisen jännityksen. Katodisessa suojajärjestelmässä vetyatomeja syntyy titaanin pinnalle. Vetojännitys vetää vetyä suurimman kolmiakselisen jännityksen alueelle hitsin kärjessä, jossa hydridit saostuvat ja halkeamat alkavat. Alempi SCF vähentää vedyn kertymisen käyttövoimaa.
Kvantitatiivinen väsymysaika hitsin varpaan kunnon funktiona
Hallittu syklinen kuormitustesti 90 asteen merivedessä katodisella suojauksella -0,85 V vs. Ag/AgCl on määrittänyt seuraavat väsymisajat luokan 2 titaanihitsauksille. Terävällä-hitsatulla liitoksella (SCF 4–5) halkeaman alkamisjaksot ovat 10 000–30 000 ja käyttöikä suhteessa hitsaukseen on 1,0. Keskimääräisen geometrian (SCF 3–4) as-hitsatussa liitoksessa syklit ovat 20 000–50 000 ja suhteellinen käyttöikä on 1,5. Hiotun sileän liitoksen (SCF 1,5–2) syklit ovat 50 000–150 000 ja suhteellinen käyttöikä 3,0. Mekaanisesti kiillotetun liitoksen (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 hitsattuihin olosuhteisiin verrattuna.
Katodisen suojauspotentiaalin vaikutus SCF-herkkyyteen
Kiillotuksen hyöty kasvaa, kun katodisuojauspotentiaali muuttuu negatiivisemmiksi (suojaavammaksi). -0,80 V vs. Ag/AgCl, hitsattu käyttöikä on 100 000–200 000 sykliä, kiillotettu käyttöikä on 500 000–1 000 000 sykliä ja käyttöikäsuhde on 5. Kun -}} käyttöikä on 0,8{533. 30 000–60 000 sykliä, kiillotusaika on 150 000–300 000 sykliä, ja suhde pysyy 5:ssä. -0,90 V:lla hitsattu käyttöikä on 10 000–20 000 sykliä, kiillotettu käyttöikä on 50 000–00,5,5,5 000 000. V, hitsattu käyttöikä on 5 000–10 000 sykliä, kiillotettu käyttöikä on 25 000–50 000 sykliä ja suhde on 5. Jatkuva 5-kertainen parannus osoittaa, että kiillotus käsittelee perusjännityksen keskittymismekanismia absoluuttisesta kestosta riippumatta.
Hitsausvarpaiden viimeistelyopas katodisuojauspalveluun
Seuraavassa taulukossa on suosituksia titaanilämmittimien hitsauskärkien viimeistelyyn 90 asteen meriveden katodisuojausjärjestelmissä, jotka perustuvat odotettavissa oleviin syklisiin käyttöiän vaatimuksiin.
| Odotetut syklit käyttöiän aikana | Vaadittu SCF | Suositeltu hitsausvarvasviimeistely | Odotettu väsymisikä (syklit) | Suhteessa As-Welded |
|---|---|---|---|---|
| <10,000 | <4 | hitsattu-(mikä tahansa) | 10,000–30,000 | 1× |
| 10,000–50,000 | <3 | Hitsauksena-(tasainen) | 20,000–50,000 | 1.5× |
| 50,000–150,000 | <2 | Maaperä sileä | 50,000–150,000 | 3× |
| 150,000–300,000 | <1.5 | Mekaanisesti kiillotettu | 80,000–200,000 | 4× |
| >300,000 | <1.2 | Sähkökiillotettu | 150,000–300,000 | 5–7× |
Insinöörityöt hitsausvarpaiden viimeistelyn lisäksi
Titaanilaatu vaikuttaa väsymiskestävyyteen SCF:stä riippumatta. Luokassa 7 on samanlainen SCF-herkkyys, mutta suurempi luontainen väsymislujuus palladiumrikastuksen vuoksi. Seinämän paksuus vaikuttaa nimellisjännitykseen tietyllä kuormalla; 2,0 mm:n seinällä on pienempi jännitys kuin 1,0 mm:n seinällä samalla taivutusmomentilla. Hitsauksen raudoituksen muoto on tärkeä; pehmeä siirtymä, jonka säde on suurempi kuin 3 mm, vähentää SCF:ää enemmän kuin pelkkä hionta. Jälki-hitsauksen jännityksenpoistohehkutus 540 asteessa 30 minuutin ajan vähentää jäännösjännitystä 60–80 %, mikä parantaa entisestään väsymisikää. Katodisen suojauksen potentiaali tulisi säätää arvoon -0,80 - -0,85 V, ei negatiivisempaa, vedyn kehittymisen minimoimiseksi.
Tietoisen määrittelyn tekeminen
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 -<1.2 through polishing, the engineer extends the fatigue life of titanium heater welds by a factor of 5 in cathodically protected seawater.
