Dlaczego tytanowa grzałka zanurzeniowa ze spawaną zaślepką psuje się szybciej w wyniku korozji szczelinowej grani spoiny niż w wyniku ogólnego rozcieńczenia w 5% roztworze podchlorynu sodu w temperaturze 60 stopni?

5% podchloryn sodu (NaOCl) w temperaturze 60 stopni jest silnym utleniaczem, a tytan ma niską, równomierną szybkość korozji wynoszącą 0,01–0,05 mm rocznie. Jednakże grzałka zanurzeniowa ma szczelinę w miejscu spoiny przyspawanej zaślepki – przestrzeń pomiędzy zaślepką a ścianą rury po wewnętrznej stronie podgrzewacza. Ta geometria szczeliny zatrzymuje nieruchomy elektrolit. W szczelinie podchloryn rozkłada się na chlorki i tlen, a chlorki koncentrują się do 5-10-krotności stężenia objętościowego. Wewnątrz szczeliny powłoka pasywna ulega zniszczeniu, a szybkość korozji wzrasta do 0,3–1,0 mm rocznie, 10–100 razy szybciej niż równomierne rozcieńczanie. Awaria występuje głównie w grani spoiny, często bez widocznej korozji zewnętrznej.

Mechanizm korozji szczelinowej grani spoiny w podchlorynach

Warunki utleniające w roztworze podchlorynu w masie prowadzą do utworzenia stabilnej warstwy pasywnej. Geometria szczeliny grani spoiny jest ograniczona, przez co uzupełnienie tlenu nie jest możliwe. Podchloryn rozkłada się: 2OCl - → O 2 + 2Cl - . Stężenie chlorków wzrasta i zużywany jest tlen. W miarę tworzenia się kwasu podchlorawego miejscowe pH obniża się. Połączenie wysokiej zawartości chlorków, niskiej zawartości tlenu i niskiego pH jest szkodliwe dla folii pasywnej. Duża zewnętrzna katoda (reszta grzejnika) powoduje szybkie rozpuszczanie anodowe w szczelinie. Geometria grani spoiny zawiera również resztkowe naprężenia rozciągające powstałe podczas spawania, które przyczyniają się do inicjacji pękania.

Ilościowe tempo korozji szczeliny grani spoiny

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 grani spoiny, szybkość korozji szczelinowej wzrasta do 0,5–1,2 mm/rok, a perforacja występuje w okresie od 1000 do 2500 godzin.

Wpływ stężenia i temperatury podchlorynu na stopień korozji szczelinowej

Nasilenie korozji szczelinowej grani spoiny wzrasta wraz z zawartością podchlorynu i temperaturą. Szybkość korozji szczelinowej w temperaturze 60 stopni i 1% NaOCl wynosiła 0,15–0,40 mm/rok. Szybkość wynosi 0,30-0,80 mm/rok przy 5% i 60 stopniach. Szybkość wynosi 0,50–1,20 mm rocznie przy 10% i 60 stopniach. Przy 5% i 40 stopniach współczynnik ten wynosi 0,10–0,25 mm rocznie. Przy 5% i 80 stopniach szybkość wzrasta do 0,50 do 1,00 mm rocznie.-1 . Dodanie chlorków do roztworu podchlorynu (ze starzonego wybielacza) zwiększa szybkość korozji szczelinowej o dalsze 30–50%.

Podręcznik projektowania i łagodzenia skutków spawów w zakresie obsługi chloru

Poniższa tabela przedstawia sugestie dotyczące konstrukcji spoiny czołowej i alternatywne konstrukcje zapobiegające korozji szczelinowej w 5% podchlorynu sodu w temperaturze 60 stopni.

Projekt spoiny Szczelina szczelinowa (mm) Przewidywana szybkość korozji szczelinowej (mm/rok) 1,2 mm Czas do perforacji Ściana (godziny) Porada
Spoina z pełnym przetopem, zeszlifowana 0 (bez szczeliny)<0.05 >10 000 najlepszych praktyk
Spoina z częściową penetracją, szczelina<0.1 mm <0.1 0.15-0.35 3,500-8,000Acceptable for inspection
Spoina z częściową penetracją, szczelina 0,1–0,3 mm 0.1-0.3 0.30-0.80 1500-4000 Marginalna
Spoina zakładkowa (nakrętka nad rurą), szczelina 0,3–0,5 mm 0,3–0.5 0.50–1.00 1,200–2500Niesugerowane
Spoina doczołowa z pierścieniem oporowym 0,2–0.4 0.40–0.90 1,300–3 000 Unikaj inżynierii wykraczającej poza konstrukcję spoiny

Gatunek tytanu wpływa na odporność na korozję szczelinową. Klasa 7 (stabilizowana-palladem) ma 3-5 razy dłuższy czas rozpoczęcia i 50-70% mniejszą szybkość propagacji niż klasa 2 w szczelinach podchlorynu. Stopień 12 oznacza poprawę pośrednią. Grubość ścianki daje swobodę w zakresie materiału . 2.0 mm ściany z korozją szczelinową 0,5 mm rocznie. Żywotność 4 lata. Zaślepka powinna być zaprojektowana jako spoina doczołowa z pełnym przetopem i zeszlifowana wewnątrz i na zewnątrz. Jeżeli nie można uniknąć szczeliny, przestrzeń uszczelnia się taśmą PTFE lub uszczelniaczem fluoropolimerowym, aby zapobiec przedostawaniu się elektrolitu. Stężenie podchlorynu w szczelinach zmniejsza się poprzez okresowe przepłukiwanie grzejnika świeżą wodą.

Konkret z pewnością

W przypadku tytanowej grzałki zanurzeniowej w 5% podchlorynu sodu w temperaturze 60 stopni należy określić spoinę doczołową zaślepki końcowej z pełnym przetopem, zeszlifowaną wewnątrz i na zewnątrz, aby uzyskać geometrię-bez szczelin. Jeżeli nie można wykonać spawania z pełną penetracją, należy określić minimalną szczelinę grani spoiny mniejszą niż 0,1 mm, a-należy przeprowadzić kontrolę po spawaniu w celu potwierdzenia wielkości szczeliny. Do zastosowań krytycznych należy wybrać tytan klasy 7 i przeprowadzić test szczelności helem w celu sprawdzenia integralności spoiny. Co kwartał sprawdzaj obszar spoiny podczas pracy za pomocą boroskopu lub penetranta barwnika. Jeżeli na spoinie widoczne są produkty korozji, wymienić grzejnik. Zaprojektowanie-bezszczelinowego grani spoiny eliminuje mechanizm szybkiej korozji, umożliwiając grzejnikowi osiągnięcie okresu użytkowania ograniczonego jedynie równomiernym rozcieńczeniem.