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?

5% natrijev hipoklorit (NaOCl) na 60 stupnjeva jak je oksidans, a titan ima nisku ujednačenu stopu korozije od 0,01–0,05 mm godišnje. Međutim, uronjeni grijač ima pukotinu na korijenu zavara zavarene završne kapice - prostor između završne kapice i stijenke cijevi s unutarnje strane grijača. Ova geometrija pukotine hvata stacionarni elektrolit. U pukotini se hipoklorit razgrađuje na klorid i kisik, a kloridi se koncentriraju na 5-10 puta veću koncentraciju. Unutar pukotine, pasivna prevlaka se uništava i stopa korozije raste na 0,3–1,0 mm godišnje, 10–100 puta brže od ravnomjernog stanjivanja. Kvar se prvenstveno događa u korijenu zavara, često bez vidljive vanjske korozije.

Mehanizam pukotinske korozije u korijenu zavara u hipokloritu

Uvjeti oksidacije u otopini hipoklorita dovode do stvaranja stabilnog pasivnog filma. Geometrija pukotine korijena zavara je ograničena tako da nadopunjavanje kisikom nije moguće. Hipoklorit se raspada: 2OCl - → O 2 + 2Cl - . Povećava se koncentracija klorida i troši se kisik. Kako se stvara hipoklorična kiselina, lokalni pH se snižava. Kombinacija visoke razine klorida, niske razine kisika i niske pH vrijednosti štetna je za pasivni film. Velika vanjska katoda (ostatak grijača) proizvodi brzo anodno otapanje u fisuri. Geometrija korijena zavara također sadrži zaostalo vlačno naprezanje od zavarivanja, što doprinosi inicijaciji loma.

Kvantitativne stope korozije pukotine u korijenu zavara

Corrosion rates for Grade 2 titanium at different heater positions were determined using controlled tests in 5% NaOCl at 60°C for 1,000 hours. The tube body (smooth surface, no crevice) is uniformly corroded at a rate of 0.01–0.03 mm year−1 and the surface is bright, without pitting. For the outer weld toe (the outside of the welded end cap), the corrosion rate is 0.02~0.05 mm per year and mild etching is seen on the surface. For the weld root crevice (inner gap of 0.1–0.3 mm) crevice corrosion rate is 0.3–0.8 mm per year, considerable grooving is observed, and perforation of a 1.2 mm wall takes place in 1,500–4,000 hours. When the end cap is inadequately fitted (gap >0,5 mm) na korijenu zavara, stopa korozije u pukotinama se povećava na 0,5–1,2 mm/godišnje, a do perforacije dolazi između 1000–2500 sati.

Učinak koncentracije hipoklorita i temperature na ozbiljnost pukotinske korozije

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

Priručnik za dizajn korijena zavara i ublažavanje utjecaja klora

Sljedeća tablica predstavlja prijedloge za dizajn zavarenog spoja i alternativne dizajne za sprječavanje korozije u pukotinama u 5% natrijevom hipokloritu na 60 stupnjeva.

Dizajn zavara Razmak pukotina (mm) Predviđena stopa korozije pukotina (mm/godina) 1,2 mm Vrijeme do probijanja stijenke (sati) Savjet
Zavar punim prodiranjem, u ravnini s tlom 0 (bez pukotina)<0.05 >10 000 najboljih praksi
Djelomično prodiranje zavara, razmak<0.1 mm <0.1 0.15-0.35 3,500-8,000Acceptable for inspection
Djelomično prodiranje zavara, razmak 0,1-0,3 mm 0.1-0.3 0.30-0.80 1500-4000 Marginalno
Preklopni zavar (poklopac preko cijevi), razmak 0,3–0,5 mm 0,3–0.5 0.50–1.00 1,200–2500 Ne preporučuje se
Sučeoni zavar s potpornim prstenom 0,2–0.4 0.40–0.90 1,300–3,000 Izbjegavajte inženjering izvan dizajna zavara

Kvaliteta titana utječe na otpornost na koroziju pukotina. Stupanj 7 (paladij-stabiliziran) ima 3-5 puta dulje vrijeme početka i 50-70 % manju brzinu širenja nego stupanj 2 u hipokloritnim pukotinama. Ocjena 12 je srednje poboljšanje. Debljina stijenke daje slobodan prostor u materijalu . 2.0 mm zid s pukotinskom korozijom od 0,5 mm godišnje ima vijek trajanja od 4 godine. Završna kapa mora biti dizajnirana kao sučeoni zavar s punim prodiranjem i u ravnini s brušenjem i iznutra i izvana. Kada se pukotina ne može izbjeći, prostor se zabrtvi PTFE trakom ili fluoropolimernim brtvilom kako bi se spriječio prodor elektrolita. Koncentracija hipoklorita u pukotinama smanjuje se povremenim ispiranjem grijača slatkom vodom.

Specifičnost sa sigurnošću

Za titanski uronjeni grijač u 5% natrijevom hipokloritu na 60 stupnjeva, odredite sučeoni zavar s punim prodiranjem za završnu kapu, brušeno s unutarnje i vanjske strane kako biste postigli-geometriju bez pukotina. Ako se potpuno probojno zavarivanje ne može izvesti, potrebno je odrediti minimalni razmak korijena zavara manji od 0,1 mm i treba zahtijevati pregled nakon -zavarivanja kako bi se potvrdila veličina razmaka. Titan stupnja 7 trebao bi biti specificiran za kritične primjene i provesti ispitivanje curenja helija kako bi se provjerio integritet zavara. Tromjesečno pregledajte područje zavara tijekom rada boroskopom ili penetrantom za boju. Ako su proizvodi korozije vidljivi u zavaru, zamijenite grijač. Projektiranjem korijena-zavara bez pukotina uklanja se mehanizam brze korozije, omogućujući grijaču da dosegne životni vijek ograničen samo ravnomjernim stanjivanjem.