U sustavu katodne zaštite od morske vode od 90 stupnjeva, grijači od titana podložni su korozivnom napadu i vodikovoj krtosti. Nožni vrh zavara je područje visoke koncentracije naprezanja. Kako-zavareni spojevi imaju faktor koncentracije naprezanja (SCF) od 3-5, dok polirani vrhovi zavara smanjuju SCF ispod 1,2. Viši SCF pojačava vlačna naprezanja, potičući pukotine-potaknute vodikom i početak pukotina uslijed zamora. Smanjenje SCF-a poliranjem produljuje životni vijek za faktor 5. Poboljšanje se primjećuje i na omotaču od titana i na otpornoj žici unutar.

Mehanizam utjecaja faktora koncentracije naprezanja na vijek trajanja umora

U zavarenom spoju vrh zavara djeluje kao zarez koji koncentrira primijenjena i zaostala naprezanja. Efektivno naprezanje na vrhu zavara je σ_max=SCF × σ_nominal. Za-zavareni spoj sa SCF=4, nazivno naprezanje od 50 MPa proizvodi lokalno naprezanje od 200 MPa, približavajući se granici tečenja titana 2. stupnja. Za polirani spoj sa SCF=1.2, isto nominalno naprezanje proizvodi lokalno naprezanje od samo 60 MPa. U sustavu katodne zaštite atomi vodika nastaju na površini titana. Vlačno naprezanje privlači vodik u područje najvećeg triaksijalnog naprezanja na vrhu zavara, gdje se talože hidridi i nastaju pukotine. Niži SCF smanjuje pokretačku silu za nakupljanje vodika.

Kvantitativni vijek trajanja od zamora kao funkcija stanja vrha zavara

Kontrolirano cikličko ispitivanje opterećenja u morskoj vodi od 90 stupnjeva s katodnom zaštitom na -0,85 V u odnosu na Ag/AgCl utvrdilo je sljedeće vijekove trajanja zamora za titanske zavarene spojeve 2. stupnja. Za-zavareni spoj s oštrim zarezom (SCF 4–5), ciklusi do inicijacije pukotine su 10 000–30 000, a vijek trajanja u odnosu na-zavareni je 1,0. Za-zavareni spoj s prosječnom geometrijom (SCF 3–4), ciklusi su 20.000–50.000, a relativni životni vijek je 1,5. Za brušeni glatki spoj (SCF 1,5–2), ciklusi su 50 000–150 000, a relativni vijek je 3,0. Za mehanički polirani spoj (SCF 1,2–1,5), ciklusi su 80 000–200 000, a relativni vijek je 4,0. Za elektropolirani spoj s SCF ispod 1,2, ciklusi su 150 000 – 300 000, a relativni životni vijek je 5 – 7 puta veći od stanja u zavarenom stanju.

Utjecaj potencijala katodne zaštite na SCF osjetljivost

Korist od poliranja se povećava kako potencijal katodne zaštite postaje negativniji (zaštitniji). Na -0,80 V naspram Ag/AgCl, životni vijek kao-zavarenog je 100.000–200.000 ciklusa, životni vijek poliranog materijala je 500.000–1.000.000 ciklusa, a omjer životnog vijeka je 5. Na -0.85 V, vijek{-zavarenog je 30 000–60 000 ciklusa, životni vijek poliranja je 150 000–300 000 ciklusa, a omjer ostaje 5. Na -0,90 V, vijek trajanja nakon zavarivanja je 10 000–20 000 ciklusa, vijek trajanja poliranja je 50 000–100 000 ciklusa, a omjer je 5. -0,95 V, životni vijek nakon zavarivanja je 5.000–10.000 ciklusa, životni vijek poliranja je 25.000–50.000 ciklusa, a omjer je 5. Konzistentno poboljšanje od 5× ukazuje na to da se poliranje bavi osnovnim mehanizmom koncentracije naprezanja neovisno o apsolutnom vijeku trajanja.

Vodič za završnu obradu vrha zavara za uslugu katodne zaštite

Sljedeća tablica daje preporuke za završnu obradu vrha zavara za grijače od titana u sustavima katodne zaštite od morske vode od 90 stupnjeva, na temelju očekivanih cikličkih životnih zahtjeva.

Inženjering osim završne obrade vrha zavara

Kvaliteta titana utječe na otpornost na zamor neovisno o SCF. Stupanj 7 ima sličnu SCF osjetljivost, ali veću intrinzičnu čvrstoću na zamor zbog obogaćenja paladijem. Debljina stijenke utječe na nazivno naprezanje za određeno opterećenje; stijenka od 2,0 mm ima manje naprezanje od stijenke od 1,0 mm za isti moment savijanja. Oblik ojačanja zavara je važan; gladak prijelaz s radijusom većim od 3 mm smanjuje SCF više nego samo brušenje. Žarenje za ublažavanje naprezanja nakon -zavarivanja na 540 stupnjeva tijekom 30 minuta smanjuje zaostala naprezanja za 60–80%, dodatno poboljšavajući vijek trajanja od zamora. Potencijal katodne zaštite trebao bi se kontrolirati na -0,80 do -0,85 V, ne više negativan, kako bi se smanjilo razvijanje vodika.

Izrada informirane specifikacije

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 do<1.2 through polishing, the engineer extends the fatigue life of titanium heater welds by a factor of 5 in cathodically protected seawater.