Γιατί ένας θερμαντήρας εμβάπτισης τιτανίου με συγκολλημένο ακραίο καπάκι αποτυγχάνει ταχύτερα λόγω διάβρωσης ρωγμής στη ρίζα συγκόλλησης παρά λόγω γενικής αραίωσης σε διάλυμα υποχλωριώδους νατρίου 5% στους 60 βαθμούς;

Το 5% υποχλωριώδες νάτριο (NaOCl) στους 60 βαθμούς είναι ισχυρό οξειδωτικό και το τιτάνιο έχει χαμηλό ομοιόμορφο ρυθμό διάβρωσης 0,01–0,05 mm ετησίως. Ωστόσο, ένας θερμαντήρας εμβάπτισης έχει μια σχισμή στη ρίζα συγκόλλησης του συγκολλημένου ακραίου καπακιού - το διάστημα μεταξύ του ακραίου πώματος και του τοιχώματος του σωλήνα στο εσωτερικό του θερμαντήρα. Αυτή η γεωμετρία ρωγμών παγιδεύει σταθερό ηλεκτρολύτη. Στη σχισμή το υποχλωριώδες άλας αποσυντίθεται σε χλωρίδιο και οξυγόνο και τα χλωρίδια συγκεντρώνονται σε 5-10 φορές μεγαλύτερη συγκέντρωση. Μέσα στη σχισμή, η παθητική επίστρωση καταστρέφεται και ο ρυθμός διάβρωσης αυξάνεται σε 0,3–1,0 mm ετησίως, 10–100 φορές πιο γρήγορα από την ομοιόμορφη αραίωση. Η αστοχία εμφανίζεται κυρίως στη ρίζα της συγκόλλησης, συχνά χωρίς εμφανή εξωτερική διάβρωση.

Μηχανισμός διάβρωσης σχισμής στη ρίζα συγκόλλησης σε υποχλωριώδες

Οι συνθήκες οξείδωσης στο χύμα υποχλωριώδες διάλυμα οδηγούν στο σχηματισμό μιας σταθερής παθητικής μεμβράνης. Η γεωμετρία της ρωγμής της ρίζας συγκόλλησης είναι περιορισμένη έτσι ώστε να μην είναι δυνατή η αναπλήρωση οξυγόνου. Το υποχλωριώδες διασπάται: 2OCl - → O 2 + 2Cl - . Η συγκέντρωση χλωρίου αυξάνεται και καταναλώνεται οξυγόνο. Καθώς σχηματίζεται το υποχλωριώδες οξύ, το τοπικό pH μειώνεται. Ο συνδυασμός υψηλού χλωρίου, χαμηλού οξυγόνου και χαμηλού pH είναι επιζήμιος για το παθητικό φιλμ. Η μεγάλη εξωτερική κάθοδος (το υπόλοιπο του θερμαντήρα) παράγει ταχεία ανοδική διάλυση στη σχισμή. Η γεωμετρία της ρίζας συγκόλλησης περιέχει επίσης υπολειμματική τάση εφελκυσμού από τη συγκόλληση, η οποία συμβάλλει στην έναρξη της θραύσης.

Ποσοτικοί ρυθμοί διάβρωσης της ρωγμής στη ρίζα συγκόλλησης

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) στη ρίζα της συγκόλλησης, ο ρυθμός διάβρωσης της ρωγμής αυξάνεται σε 0,5–1,2 mm/έτος και η διάτρηση εμφανίζεται μεταξύ 1.000–2.500 ωρών.

Επίδραση της συγκέντρωσης και της θερμοκρασίας υποχλωριώδους στη σοβαρότητα της διάβρωσης της ρωγμής

Η σοβαρότητα της διάβρωσης της ρωγμής της ρίζας συγκόλλησης αυξάνεται με την περιεκτικότητα σε υποχλωριώδες και τη θερμοκρασία. Ο ρυθμός διάβρωσης της ρωγμής στους 60 βαθμούς και 1 % NaOCl ήταν 0,15–0,40 mm/έτος. Ο ρυθμός είναι 0,30-0,80 mm/έτος σε 5% και 60 μοίρες. Ο ρυθμός είναι 0,50–1,20 mm yr−1 σε 10% και 60 μοίρες. Σε 5 % και 40 μοίρες ο ρυθμός είναι 0,10–0,25 mm ετησίως–1. Σε 5 % και 80 μοίρες ο ρυθμός αυξάνεται σε 0,50 έως 1,00 mm ετησίως-1 . Η συμπερίληψη χλωριδίων στο υποχλωριώδες διάλυμα (από παλαιωμένο λευκαντικό) αυξάνει το ποσοστό διάβρωσης των ρωγμών κατά 30-50% επιπλέον.

Εγχειρίδιο Σχεδιασμός και Μετριασμός Ρίζας Συγκόλλησης Υπηρεσιών Χλωρίου

Ο παρακάτω πίνακας παρουσιάζει προτάσεις για το σχεδιασμό συγκόλλησης τελικού καλύμματος και εναλλακτικούς σχεδιασμούς για την αποφυγή διάβρωσης με ρωγμές σε υποχλωριώδες νάτριο 5% στους 60 βαθμούς.

Διάκενο ρωγμών σχεδίασης συγκόλλησης (mm) Προβλεπόμενος ρυθμός διάβρωσης ρωγμών (mm/έτος) 1,2 mm Χρόνος έως τον τοίχο διάτρησης (ώρες) Συμβουλές
Συγκόλληση πλήρους διείσδυσης, γείωση 0 (χωρίς ρωγμή)<0.05 >10.000 βέλτιστες πρακτικές
Συγκόλληση μερικής διείσδυσης, διάκενο<0.1 mm <0.1 0.15-0.35 3,500-8,000Acceptable for inspection
Συγκόλληση μερικής διείσδυσης, διάκενο 0,1-0,3 mm 0.1-0.3 0.30-0.80 1500-4000 Οριακό
Συγκόλληση στην αγκαλιά (καπάκι πάνω από σωλήνα), διάκενο 0,3–0,5 mm 0,3–0.5 0.50–1.00 1,200–2.500Δεν προτείνεται
Πισινή συγκόλληση με δακτύλιο στήριξης 0,2–0.4 0.40–0.90 1,300–3.000 Αποφύγετε τη μηχανική πέρα ​​από τη σχεδίαση συγκόλλησης

Η ποιότητα τιτανίου επηρεάζει την αντοχή στη διάβρωση των ρωγμών. Ο βαθμός 7 (σταθεροποιημένο παλλάδιο-) έχει 3-5 φορές μεγαλύτερο χρόνο έναρξης και 50-70 % χαμηλότερο ρυθμό διάδοσης από τον βαθμό 2 σε υποχλωριώδες ρωγμές. Ο βαθμός 12 είναι ενδιάμεση βελτίωση. Το πάχος του τοιχώματος δίνει περιθώριο στο υλικό . 2.0 mm τοίχος με διάβρωση ρωγμών 0,5 mm ετησίως έχει διάρκεια ζωής 4 χρόνια . Το ακραίο καπάκι θα σχεδιαστεί ως συγκόλληση πλήρους διείσδυσης και γείωση τόσο μέσα όσο και έξω. Όταν μια ρωγμή δεν μπορεί να αποφευχθεί, ο χώρος σφραγίζεται με μια ταινία PTFE ή ένα σφραγιστικό φθοριοπολυμερούς για την αποφυγή εισόδου ηλεκτρολύτη. Η συγκέντρωση υποχλωριώδους άλατος στις σχισμές μειώνεται με περιοδική έκπλυση του θερμαντήρα με γλυκό νερό.

Ιδιαιτερότητα με βεβαιότητα

Για έναν θερμαντήρα εμβάπτισης τιτανίου σε 5% υποχλωριώδες νάτριο στους 60 βαθμούς , καθορίστε μια συγκόλληση πλήρους διείσδυσης για το ακραίο κάλυμμα, γείωση εσωτερικά και εξωτερικά για να επιτύχετε μια-ελεύθερη γεωμετρία. Εάν δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί συγκόλληση πλήρους διείσδυσης, θα πρέπει να καθοριστεί ένα ελάχιστο διάκενο ρίζας συγκόλλησης μικρότερο από 0,1 mm και θα πρέπει να απαιτείται επιθεώρηση μετά την{5}}συγκόλληση για να επιβεβαιωθεί το μέγεθος του διακένου. Το τιτάνιο 7 βαθμού πρέπει να προσδιορίζεται για κρίσιμες εφαρμογές και να διεξάγεται δοκιμή διαρροής ηλίου για να ελεγχθεί η ακεραιότητα της συγκόλλησης. Επιθεωρήστε ανά τρίμηνο την περιοχή συγκόλλησης κατά τη λειτουργία με βοθροσκόπιο ή διεισδυτικό χρώμα. Εάν τα προϊόντα διάβρωσης είναι ορατά στη συγκόλληση, αντικαταστήστε τη θερμάστρα. Ο σχεδιασμός μιας σχισμής{11}}ελεύθερης ρίζας συγκόλλησης αφαιρεί τον μηχανισμό ταχείας διάβρωσης, επιτρέποντας στον θερμαντήρα να φτάσει σε διάρκεια ζωής που περιορίζεται μόνο από ομοιόμορφη αραίωση.