Proč titanový ponorný ohřívač s navařeným koncovým uzávěrem selže rychleji korozí štěrbiny na kořeni svaru než obecným zředěním v 5% roztoku chlornanu sodného při 60 stupních?
Zanechat vzkaz
V 5% chlornanu sodném (NaOCl) při 60 stupních vykazuje titan nízkou rovnoměrnou rychlost koroze 0,01–0,05 mm za rok v důsledku silně oxidačního prostředí. Přivařená koncovka ponorného ohřívače však obsahuje štěrbinu v kořeni svaru-mezera mezi koncovkou a stěnou trubky na vnitřní straně ohřívače. Tato geometrie štěrbiny zachycuje stagnující elektrolyt. Chlornan se uvnitř štěrbiny rozkládá za vzniku chloridů a kyslíku a chloridy se koncentrují na 5–10násobek celkové koncentrace. Pasivní film se rozpadá uvnitř štěrbiny a rychlost koroze se zrychluje na 0,3–1,0 mm za rok, což je 10–100krát rychlejší než rovnoměrné ztenčení. K porušení dochází přednostně v kořeni svaru, často bez viditelné vnější koroze.
Mechanismus štěrbinové koroze u kořene svaru v chlornanu
V sypkém roztoku chlornanu udržuje oxidační prostředí stabilní pasivní film. Uvnitř štěrbiny kořene svaru brání omezená geometrie doplňování kyslíku. Chlornan se rozkládá: 2OCl⁻ → O₂ + 2Cl⁻. Zvyšuje se koncentrace chloridů a dochází k vyčerpání kyslíku. Místní pH klesá s tvorbou kyseliny chlorné. Kombinace vysokého obsahu chloridů, nízkého obsahu kyslíku a kyselého pH ničí pasivní film. Velká externí katoda (zbytek ohřívače) pohání rychlé anodické rozpouštění uvnitř štěrbiny. Geometrie kořene svaru také obsahuje zbytkové tahové napětí ze svařování, které urychluje iniciaci trhlin.
Kvantitativní míry koroze štěrbiny u kořene svaru
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), rychlost štěrbinové koroze se zvyšuje na 0,5–1,2 mm za rok, s perforací během 1 000–2 500 hodin.
Vliv koncentrace chlornanu a teploty na závažnost štěrbiny
Závažnost koroze štěrbinové štěrbiny svaru se zvyšuje s koncentrací chlornanu a teplotou. Při 1% NaOCl a 60 stupních je rychlost štěrbinové koroze 0,15–0,40 mm za rok. Při 5% a 60 stupních je rychlost 0,30–0,80 mm za rok. Při 10 % a 60 stupních dosahuje rychlost 0,50–1,20 mm za rok. Při 5% a 40 stupních je rychlost 0,10–0,25 mm za rok. Při 5 % a 80 stupních se rychlost zvyšuje na 0,50–1,00 mm za rok. Přítomnost chloridů v roztoku chlornanu (z letitého bělidla) zvyšuje rychlost štěrbinové koroze o dalších 30–50 %.
Průvodce návrhem kořene svaru a jeho zmírněním pro chlornanový servis
Následující tabulka uvádí doporučení pro návrh svaru koncového uzávěru a alternativní konfigurace, aby se zabránilo štěrbinové korozi v 5% chlornanu sodném při 60 stupních.
| Design svaru | Štěrbinová mezera (mm) | Očekávaná rychlost štěrbinové koroze (mm/rok) | Doba do perforace stěny 1,2 mm (hodiny) | Doporučení |
|---|---|---|---|---|
| Svar s plným provarem, zabroušený | 0 (žádná štěrbina) | <0.05 | >10,000 | Nejlepší praxe |
| Částečný průvar svar, mezera<0.1 mm | <0.1 | 0.15–0.35 | 3,500–8,000 | Přijatelné s kontrolou |
| Částečný průvar svar, mezera 0,1–0,3 mm | 0.1–0.3 | 0.30–0.80 | 1,500–4,000 | Okrajový |
| Přeplátovaný svar (víčko přes trubku), mezera 0,3–0,5 mm | 0.3–0.5 | 0.50–1.00 | 1,200–2,500 | Nedoporučuje se |
| Tupý svar s opěrným kroužkem | 0.2–0.4 | 0.40–0.90 | 1,300–3,000 | Vyhněte se |
Inženýrství nad rámec svarového designu
Třída titanu ovlivňuje odolnost proti štěrbinové korozi. Stupeň 7 (palladium{2}}stabilizovaný) má 3–5krát delší dobu iniciace a o 50–70 % nižší rychlost šíření než stupeň 2 ve štěrbinách chlornanu. Stupeň 12 nabízí středně pokročilé zlepšení. Tloušťka stěny poskytuje přídavek materiálu; 2,0 mm stěna se štěrbinovou korozí při 0,5 mm za rok přežije 4 roky. Koncovka by měla být navržena jako tupý svar s plným průvarem, zabroušený na vnitřní i vnější straně. Pokud se štěrbině nelze vyhnout, vyplnění mezery PTFE páskou nebo fluoropolymerovým tmelem zabrání vniknutí elektrolytu. Pravidelné proplachování ohřívače čerstvou vodou snižuje koncentraci chlornanu ve štěrbinách.
Vytvoření informované specifikace
U titanového ponorného ohřívače v 5% chlornanu sodném při 60 stupních specifikujte tupý svar s plným průvarem pro koncový uzávěr, zabroušený na vnitřní i vnější straně, aby se vytvořila geometrie bez štěrbin. Není-li svar s plným průvarem možný, určete minimální mezeru kořene svaru menší než 0,1 mm a vyžádejte si kontrolu po-svaru, abyste ověřili velikost mezery. Pro kritické aplikace specifikujte titan třídy 7 a přidejte heliový test těsnosti pro ověření integrity svaru. Během provozu kontrolujte oblast svaru čtvrtletně pomocí boroskopu nebo penetrantu barviva; pokud jsou uvnitř svaru viditelné produkty koroze, vyměňte ohřívač. Navržením kořene svaru bez{10}}svarů technik eliminuje mechanismus rychlé koroze a umožňuje ohřívači dosáhnout životnosti omezené pouze rovnoměrným ztenčením.
