Miksi titaanivaippalämmittimellä, jossa on jälki-hitsauslämpökäsittely 600 asteessa ilmassa, on nelinkertainen rakokorroosionopeus 5-prosenttisessa oksaalihapossa 80 asteessa verrattuna hitsattuihin putkeen?

Titaanivaippalämmittimien PWHT suoritetaan yleensä 540–650 asteessa hitsauksen aiheuttamien jäännösjännitysten vähentämiseksi. Paksu, monikerroksinen oksidihilse syntyy titaanin pinnalle 600 asteen ilmassa. Tämä asteikko koostuu TiO2:sta, Ti2O3:sta ja TiO:sta, ja sen alla oleva happi on erittäin rikastunutta muodostaen alfa-kotelokerroksen. Tämä oksidiasteikko ja alfa{11}}tapaus ovat kemiallisesti epästabiileja 5-prosenttisessa oksaalihapossa (H2C2O4) 80 asteessa. Suomu katkeaa ja hilseilee useissa halkeissa. Oksaalihappo tunkeutuu näihin halkeamiin, keskittyen vihamielisiä lajeja ja lisää paikallista korroosiota. As-hitsatussa putkessa peitatussa tai sähkökiillotetussa pinnassa ja ilman PWHT-oksidia on passiivinen kalvo, joka on ohut, tiivis ja kestää rakojen alkamista. Tämä johtaa nelinkertaiseen rakokorroosioasteeseen ilma{20}}PWHT-putkissa verrattuna hitsattuihin{21}}putkiin.

PWHT{0}}rakokorroosion aiheuttaman kiihtyvyyden mekanismi

Titaani altistetaan paraboliselle hapettumiselle ilmassa 600 asteessa, asteikolla 2-5 µm. Happi liukenee metalliin ja muodostaa 50–150 µm syvän alfa{8}}pintakerroksen. Tämä kerros on hauras ja sen lämpölaajenemiskerroin eroaa perusmetallikertoimesta. Missä vaa'assa esiintyy jäähtyneitä mikro{10}}halkeamia. Vaaka liukenee epätasaisesti oksaalihappoon ja paljastaa alfa{13}}tapauksen. Alfa{15}}kotelo on anodinen alla olevaan metalliin nähden, ja galvaaniset kennot on asennettu. Säröily ja paljas alfa{18}}kotelo ovat luonnollisia halkeamia ja lisäävät hyökkäysnopeutta 3–5 kertaa puhtaaseen hitsattuihin pintoihin verrattuna. Rakokorroosion kasvu tapahtuu ensisijaisesti alfa-kotelon ja perusmetallin välisessä kosketuksessa.

Kvantitatiiviset rakokorroosionopeudet erilaisissa hitsin jälkeisissä lämpökäsittelyolosuhteissa.

Kontrolloituja testejä 5-prosenttisella oksaalihapolla 80 asteessa 500 tunnin ajan on käytetty luokan 2 titaanin rakokorroosion määrittämiseen useissa hitsauksen jälkeisissä-olosuhteissa. Rakokorroosionopeus hitsauksen varpaissa oli 0,08–0,15 mm/vuosi hitsatussa, peitatussa putkessa ilman PWHT:ta ja puhdasta pintaa vain vähäisellä iskulla. PWHT:n 540 asteessa ilmassa, mikä johti kevyeen olkioksidiin, nopeus oli 0,20–0,35 mm vuodessa. Tämä oli kaksinkertainen määrä{14}}hitsatun kunnon ja skaalan osittain hilseilemisen vuoksi. Putken, jonka PWHT on 600 astetta ilmassa ja sinistä tai purppuraa oksidia, nopeus on 0,35–0,65 mm/vuosi, joka on nelinkertainen hitsattuihin perusviivaan verrattuna, ja siinä esiintyy vakavaa skaalan halkeilua ja halkeilua. PWHT-putken 650 asteen ilmassa muodostaen harmaata tai valkoista oksidia, nopeus on 0,60–1,20 mm vuodessa, kahdeksan kertaa suurempi, ja siinä esiintyy vakavaa hilseilyä ja halkeilua. Sitä vastoin putki, jossa on PWHT 600 asteessa inertissä argonilmakehässä, ei osoita merkittävää oksidia ja sen nopeus on vain 0,06–0,12 mm/vuosi ilman kiihtyvyyttä.

Oksaalihapon pitoisuuden ja lämpötilan vaikutus kiihtyvyystekijöihin

Ilman{0}}PWHT:n kiihtyvyyskerroin on suunnilleen vakio oksaalihappopitoisuuksien ja -lämpötilojen vaihteluvälillä. As-hitsausnopeus 5-prosenttisessa oksaalihapossa 60 asteessa on 0,05–0,10 mm/vuosi ja 600 asteen ilma-PWHT-nopeus 0,20–0,40 mm/vuosi, kiihtyvyyskerroin 4. As-hitsausnopeus on 5 %:lla 0,0,08 oksaalihappoa ja 0,0,08 oksaalia. mm/vuosi ja ilman-PWHT-nopeus on 0,35–0,65 mm/vuosi, kerroin taas 4. As-hitsausnopeus on 0,15–0,25 mm/vuosi, kun taas ilman-PWHT-nopeus on 0,60–1,00 mm/vuosi 10 % oksaalihapolla ja 80 astetta, silti kerroin 4. As-hitsausnopeus on 0,20{0,20 mm/vuosi ja ilmamäärä on 0,20{0,00{3P. 0,80-1,50 mm vuodessa 5 % oksaalihapolla, 100 asteen kiehumisolosuhteissa, 4-kertaisella kiihtyvyydellä. Vakiokerroin tarkoittaa, että PWHT johtaa pintatilaan, joka edistää hapon luontaista syövyttävyyttä.

PWHT:n oksaalihapon hallintaohje

Alla olevassa taulukossa on suosituksia jälki{0}}hitsauksen lämpökäsittelylle (PWHT), jotta voidaan estää rakokorroosio 5-prosenttisessa oksaalihapossa 80 asteessa tarvittavan PWHT-lämpötilan ja käytettävissä olevan ilmakehän säädön funktiona.

Vaadittu PWHT-lämpötilan palveluympäristö Suositeltu PWHT-ilmakehän jälki{0}}PWHT-käsittelyn odotettu rakokorroosionopeus (mm/vuosi)
Mikä tahansa 5 % oksaalihappo, 80 asteen argon (myös tyhjiö hyväksyttävä) Ei mitään 0,06–0,12
Any 5 % oxalic acid 80 °C Air Pickling (HNO 3 /HF, 10 min) 0.08–0.15 540–600°C Oxalic acid Air (unavoidable) Pickling + electropolishing 0.10-0.18 >600°C Oxalic acid Air Not salvageable-replace tube >0.35
PWHT:ta ei vaadita Oksaalihappo N/A Peittattu pinta 0,08–0,15
PWHT Engineering – Beyond Atmosphere Control

PWHT:n vaurioiden määrä riippuu titaanilaadusta. Luokka 7 luo vertailukelpoisen oksidikertoimen, mutta asteikko-metallikosketuksen rikastuminen palladiumin kanssa antaa jonkin verran suojaa ali-mittakaavakorroosiolta, mikä vähentää kiihtyvyystekijää 2-3-kertaiseksi 4-kertaiseksi. Luokassa 12 edistyminen on kohtalaista. Seinämän paksuus tarjoaa korroosionsietokyvyn. 2,0 mm seinä, jonka rakokorroosionopeus on 0,5 mm vuodessa, kestää 4 vuotta. Peittaus, jossa on 20 % typpihappoa ja 3 % fluorivetyhappoa 5–10 minuutin ajan, voi poistaa alfa-kotelokerroksen ja palauttaa korroosionkestävyyden lähes hitsattua tilaa. Jos hitsauksen jälkeistä lämpökäsittelyä ilmassa ei voida välttää, putki tulee peittaa lämpökäsittelyn jälkeen.

Tietoisen määrittelyn tekeminen

Titaanivaippalämmittimelle, jota käytetään 5-prosenttisessa oksaalihapossa 80 asteessa ja joka vaatii jälki-hitsauksen lämpökäsittelyä, määritä, että PWHT tehdään inertissä ilmakehässä (argon, jossa happea alle 50 ppm) tai tyhjiössä. Jos ilma-pohjainen PWHT on väistämätön, määritä jälki-PWHT-peittauskäsittely, jossa on vähintään 20 % typpihappoa + 3 % fluorivetyhappoa 50 asteessa 10 minuutin ajan. Huuhtele huolellisesti deionisoidulla vedellä. Putket, joissa näkyy sinistä, violettia tai harmaata oksidia peittauksen jälkeen, on hävitettävä. Olemassa olevat lämmittimet, jotka on valmistettu ilma-PWHT:lla ilman lisäpeittausta, tulee puhdistaa kemiallisesti 10-prosenttisella sitruunahapolla 60 asteessa 2 tunnin ajan irtonaisen hilseilyn poistamiseksi ja oksaalihapolla testattava kuponki korroosionopeuden varmistamiseksi. 5-prosenttisessa oksaalihapossa 80 asteessa tapahtuva nelinkertainen rakokorroosionopeus estetään säätelemällä PWHT-ympäristöä ja tarjoamalla asianmukainen jälkikäsittely.