Zašto potopni grijač od titana sa zavarenom završnom kapom brže kvari zbog korozije pukotina u korijenu zavara nego zbog općeg razrjeđivanja u 5% otopini natrijevog hipoklorita na 60 stupnjeva?

Titan ima skromnu ujednačenu stopu korozije od 0,01–0,05 mm godišnje u 5% natrijevom hipokloritu (NaOCl) na 60 stupnjeva zbog agresivne oksidirajuće atmosfere. Međutim, zavarena završna kapa uronjenog grijača ima pukotinu u korijenu zavara, prostor između završne kapice i stijenke cijevi unutar grijača. Ova geometrija pukotine ograničava stacionarni elektrolit. Hipoklorit se unutar pukotine raspada na klorid i kisik. Kloridi se nakupljaju do 5 do 10 puta veće koncentracije od mase. U pukotini se pasivna prevlaka razgrađuje i stopa korozije raste na 0,3 do 1,0 mm/god, 10 do 100 puta više od stope ravnomjernog stanjivanja. Kvar se po mogućnosti događa u korijenu zavara, često bez vidljive vanjske korozije.

Mehanizam pukotinske korozije u korijenu zavara u hipokloritu

Masivna otopina hipoklorita je oksidirajuća okolina koja održava stabilan pasivni film. Geometrija pukotine korijena zavara ograničava dovod kisika. Razgradnja hipoklorita: 2OCl- → O2 + 2Cl-. Koncentracija klorida raste, a kisik se smanjuje. Lokalni pH pada kako se stvara hipoklorična kiselina. Kombinacija visoke razine klorida, niske razine kisika i kiselog pH razgrađuje pasivni film. Ogromna vanjska katoda (ostatak grijača) dovodi do brzog anodnog otapanja u fisuri. Preostalo vlačno naprezanje zavarivanja također je sadržano u obliku korijena zavara i olakšava početak loma.

Kvantitativne stope pukotinske korozije korijena zavara

Corrosion rates have been established for Grade 2 titanium from controlled tests of 1000 hours in 5% NaOCl at 60°C in various heater sites. For the tube body (smooth surface without crevice), the uniform corrosion rate is 0.01-0.03mm/year, and the surface is bright without pitting. The corrosion rate at the external weld toe (the outside of the welded end cap) is 0.02 to 0.05 mm per year and the surface is lightly etched. For the weld root crevice (inside gap 0.1–0.3 mm) the crevice corrosion rate is 0.3–0.8 mm/yr and severe grooving is observed, perforating a 1.2 mm wall in 1,500–4,000 h. For the weld root with a badly fitted end cap (gap >0,5 mm), brzina pukotinske korozije raste na 0,5-1,2 mm/godišnje, a perforacija se događa za 1000-2500 sati.

Učinak temperature i koncentracije hipoklorita na težinu pukotine

Ozbiljnost pukotinske korozije korijena zavara povećava se sadržajem hipoklorita i temperaturom. Brzina korozije u pukotinama bila je 0,15–0,40 mm/god na 1% NaOCl i 60 stupnjeva. Pri 5 % i 60 stupnjeva stopa iznosi 0,30–0,80 mm godišnje. Pri 10 % i 60 stupnjeva stopa je 0,50–1,20 mm/godišnje. Pri 5% i 40 stupnjeva brzina je 0,10-0,25 mm/god. Pri 5% i 80 stupnjeva stopa se povećava na 0,50-1,00 mm godišnje. Uključivanje klorida u otopinu hipoklorita (iz starog izbjeljivača) dodatno povećava stopu korozije pukotina za 30-50%.

Vodič za projektiranje i ublažavanje utjecaja hipoklorita

Donja tablica uključuje smjernice za projektiranje zavarenih spojnica i alternativne dizajne za sprječavanje korozije u pukotinama u 5% natrijevom hipokloritu pri 60 stupnjeva.

Dizajn zavara Razmak između pukotina (mm) Očekivana stopa korozije pukotina (mm/godina) Vrijeme do perforacije (1,2 mm) Zid (sati) Preporuka
Zavar punim prodiranjem u ravnini s tlom 0 (bez pukotina)<0.05 >10 000Dobra praksa
Djelomično prodiranje zavara, razmak<0.1 mm <0.1 0.15-0.35 3,500-8,000Acceptable with inspection.
Djelomično prodiranje zavara, razmak 0,1–0,3 mm 0,1–0.3 0.30–0.80 1,500–4000 Marginalno
Preklopni zavar (kapa preko cijevi), razmak 0,3–0,5 mm 0,3–0.5 0.50–1.00 1,200–2500 Nije preporučljivo
Sučeoni zavar s potpornim prstenom 0.2-0.4 0.40-0.90 1,300-3,000 Izbjegavajte inženjering izvan dizajna zavara

Vrsta titana utječe na otpornost pukotine na koroziju. Stupanj 7 (paladij-stabiliziran) ima 3-5 puta dulje vrijeme inicijacije, 50-70% manju brzinu širenja nego stupanj 2 u hipokloritnim pukotinama. Za 12. razred ponuđena su srednja poboljšanja. Debljina stijenke dopušta materijal . 2.0 mm stijenke, 0,5 mm godišnje pukotinska korozija, traje 4 godine. Završna kapa mora biti sučeoni zavar s punim prodiranjem i brušena s unutarnje i vanjske strane. Ako se pukotina ne može izbjeći, može se upotrijebiti PTFE traka ili fluoropolimer brtvilo za zatvaranje otvora i sprječavanje ulaska elektrolita. Povremeno ispiranje grijača slatkom vodom smanjuje sadržaj hipoklorita u pukotinama.

Informirana specifikacija

Sučeoni zavar s punim prodorom na završnoj kapici za grijač od titana u 5% natrijevom hipokloritu na 60 stupnjeva, brušeno unutarnje i vanjske ravnine do geometrije bez pukotina. Tamo gdje se ne može postići potpuno prodiranje zavara, definirajte minimalni razmak korijena zavara manji od 0,1 mm i zahtijevajte pregled nakon -zavara kako biste provjerili veličinu razmaka. Za kritične primjene odaberite titan stupnja 7 i dodajte helijsko ispitivanje nepropusnosti kako biste osigurali cjelovitost zavara. Pregledajte područje zavara jednom u kvartalu dok radi s boroskopom ili penetrantom za boju; ako su produkti korozije vidljivi unutar zavara, grijač treba zamijeniti. Inženjer eliminira mehanizam brze korozije konstruirajući korijen zavara bez pukotina, stoga će grijač imati životni vijek ograničen samo jednolikim stanjivanjem.