Miksi titaaninen upotuslämmitin, jossa on hitsattu päätykappale, epäonnistuu nopeammin rakokorroosion takia hitsin juurella kuin tavallisella ohennuksella 5-prosenttisessa natriumhypokloriittiliuoksessa 60 asteessa?
Jätä viesti
5-prosenttisessa natriumhypokloriitissa (NaOCl) 60 asteessa titaanin korroosionopeus on alhainen, 0,01–0,05 mm vuodessa, johtuen voimakkaasti hapettavasta ympäristöstä. Sähkövastuslämmittimen hitsatussa päätykannessa on kuitenkin rako hitsin juuressa-päätykannen ja lämmittimen sisäpuolella olevan putken seinämän välissä. Tämä rakogeometria vangitsee pysähtyneen elektrolyytin. Hypokloriitti hajoaa rakon sisällä muodostaen kloridia ja happea, ja kloridit konsentroituvat 5–10-kertaiseksi massapitoisuuteen verrattuna. Passiivinen kalvo hajoaa rakon sisällä ja korroosionopeus kiihtyy 0,3–1,0 mm:iin vuodessa, mikä on 10–100 kertaa nopeampaa kuin tasainen ohentaminen. Vika esiintyy ensisijaisesti hitsin juurissa, usein ilman näkyvää ulkoista korroosiota.
Rakokorroosion mekanismi hypokloriitin hitsausjuuressa
Bulkkihypokloriittiliuoksessa hapettava ympäristö ylläpitää vakaata passiivikalvoa. Hitsauksen juuriraon sisällä rajoitettu geometria estää hapen täydentymisen. Hypokloriitti hajoaa: 2OCl⁻ → O₂ + 2Cl⁻. Kloridipitoisuus kasvaa ja happi loppuu. Paikallinen pH laskee hypokloorihapon muodostuessa. Korkean kloridin, alhaisen hapen ja happaman pH:n yhdistelmä tuhoaa passiivikalvon. Suuri ulkoinen katodi (muu lämmittimestä) ajaa nopean anodisen liukenemisen rakon sisällä. Hitsin juuren geometriassa on myös hitsauksesta aiheutuvaa jäännösvetolujuutta, joka nopeuttaa halkeaman muodostumista.
Kvantitatiiviset rakokorroosionopeudet hitsin juurella
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), rakokorroosionopeus kasvaa 0,5–1,2 mm:iin vuodessa, ja rei'itys tapahtuu 1 000–2 500 tunnissa.
Hypokloriitin pitoisuuden ja lämpötilan vaikutus rakojen vakavuuteen
Hitsin juuren rakokorroosion vakavuus lisääntyy hypokloriittipitoisuuden ja lämpötilan myötä. 1 % NaOCl:ssa ja 60 asteessa rakokorroosionopeus on 0,15–0,40 mm vuodessa. 5 % ja 60 asteen kulmassa nopeus on 0,30–0,80 mm vuodessa. 10 %:ssa ja 60 asteessa nopeus on 0,50–1,20 mm vuodessa. 5 % ja 40 astetta nopeus on 0,10–0,25 mm vuodessa. 5 % ja 80 asteen kulmassa nopeus nousee 0,50–1,00 mm:iin vuodessa. Kloridien läsnäolo hypokloriittiliuoksessa (vanhentuneesta valkaisuaineesta) lisää rakokorroosion nopeutta vielä 30–50 %.
Hypokloriittihuollon hitsausjuuren suunnittelu- ja lievennysopas
Seuraavassa taulukossa on suosituksia päätykappaleen hitsaussuunnittelulle ja vaihtoehtoisille kokoonpanoille, jotta estetään rakokorroosio 5 % natriumhypokloriitissa 60 asteen kulmassa.
| Hitsaussuunnittelu | Rakoväli (mm) | Odotettu rakokorroosionopeus (mm/vuosi) | Aika 1,2 mm:n seinän rei'ittämiseen (tuntia) | Suositus |
|---|---|---|---|---|
| Täysi läpitunkeuma hitsi, hiottu taso | 0 (ei rakoa) | <0.05 | >10,000 | Paras käytäntö |
| Osittainen läpivientihitsaus, rako<0.1 mm | <0.1 | 0.15–0.35 | 3,500–8,000 | Hyväksytään katsastuksella |
| 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 | 1,200–2,500 | Ei suositella |
| Puskuhitsaus taustarenkaalla | 0.2–0.4 | 0.40–0.90 | 1,300–3,000 | Välttää |
Insinöörityötä hitsaussuunnittelun lisäksi
Titaanilaatu vaikuttaa rakokorroosionkestävyyteen. Luokassa 7 (palladium-stabiloitu) on 3–5 kertaa pidempi initiaatioaika ja 50–70 % alhaisempi etenemisnopeus kuin asteen 2 hypokloriitin rakoissa. Luokka 12 tarjoaa keskitason parannuksen. Seinämän paksuus tarjoaa materiaalivarannon; 2,0 mm seinä, jonka rakokorroosio on 0,5 mm vuodessa, kestää 4 vuotta. Päätykansi tulee suunnitella täysin läpitunkevaksi päittäishitsiksi, joka on hiottu tasaisesti sekä sisä- että ulkopuolelta. Jos rakoa ei voida välttää, raon täyttäminen PTFE-teipillä tai fluoripolymeeritiivisteellä estää elektrolyytin pääsyn sisään. Lämmittimen säännöllinen huuhtelu makealla vedellä vähentää hypokloriittipitoisuutta rakojen sisällä.
Tietoisen määrittelyn tekeminen
Jos kyseessä on titaaninen uppolämmitin 5-prosenttisessa natriumhypokloriitissa 60 asteessa, määritä täysin läpitunkeva päihitsaus päätykappaleelle, hiotaan sisä- ja ulkopuolelta rakottoman geometrian luomiseksi. Jos täysi läpitunkeuma ei ole mahdollista, määritä minimihitsin juurirako alle 0,1 mm ja vaadi jälki{5}}hitsin tarkastus raon koon varmistamiseksi. Kriittisissä sovelluksissa määritä luokan 7 titaani ja lisää heliumvuototesti hitsin eheyden varmistamiseksi. Käytön aikana tarkasta hitsausalue neljännesvuosittain käyttämällä boreskooppia tai väriaineen tunkeutumisainetta; Jos hitsin sisällä näkyy korroosiotuotteita, vaihda lämmitin. Suunnittelemalla rakottoman{10}hitsausjuuren insinööri eliminoi nopean korroosiomekanismin, jolloin lämmitin voi saavuttaa käyttöiän, jota rajoittaa vain tasainen ohentaminen.
