Varför misslyckas en titan-doppvärmare med svetsad ändlock snabbare av spaltkorrosion vid svetsroten än genom allmän gallring i en 5% natriumhypokloritlösning vid 60 grader?

5 % natriumhypoklorit (NaOCl) vid 60 grader är ett starkt oxidationsmedel och titan har en låg jämn korrosionshastighet på 0,01–0,05 mm per år. En elpatron har dock en spricka vid svetsroten av det svetsade ändlocket - utrymmet mellan ändlocket och rörväggen på insidan av värmaren. Denna sprickgeometri fångar stationär elektrolyt. I sprickan sönderfaller hypoklorit till klorid och syre och kloriderna koncentreras till 5-10 gånger bulkkoncentrationen. Inne i sprickan förstörs den passiva beläggningen och korrosionshastigheten ökar till 0,3–1,0 mm per år, 10–100 gånger snabbare än jämn förtunning. Felet uppstår främst vid svetsroten, ofta utan uppenbar yttre korrosion.

Mekanism för spaltkorrosion vid svetsrot i hypoklorit

De oxiderande förhållandena i bulkhypokloritlösningen leder till bildandet av en stabil passiv film. Svetsrotsspaltens geometri är begränsad så att syrgaspåfyllning inte är möjlig. Hypoklorit sönderdelas: 2OCl - → O 2 + 2Cl - . Kloridkoncentrationen ökar och syre förbrukas. När underklorsyran bildas sjunker det lokala pH-värdet. Kombinationen av hög kloridhalt, låg syrehalt och lågt pH är skadlig för den passiva filmen. Den stora externa katoden (resten av värmaren) producerar snabb anodupplösning i sprickan. Svetsrotsgeometrin innehåller även kvarvarande dragspänning från svetsning, vilket bidrar till brottinitiering.

Kvantitativa korrosionshastigheter för spalten vid svetsroten

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) på svetsroten ökar spaltens korrosionshastighet till 0,5–1,2 mm/år och perforering sker mellan 1 000–2 500 timmar.

Effekt av hypokloritkoncentration och temperatur på svårighetsgraden av spaltkorrosion

Svetsrotsspaltens korrosion ökar med hypoklorithalt och temperatur. Spaltens korrosionshastighet vid 60 grader och 1 % NaOCl var 0,15–0,40 mm/år. Hastigheten är 0,30-0,80 mm/år vid 5 % och 60 grader . Hastigheten är 0,50–1,20 mm yr−1 vid 10 % och 60 grader . Vid 5 % och 40 grader är hastigheten 0,10–0,25 mm år–1. Vid 5 % och 80 grader stiger hastigheten till 0,50 till 1,00 mm år-1 . Införandet av klorider i hypokloritlösningen (från åldrat blekmedel) ökar spaltkorrosionshastigheten med ytterligare 30-50 %.

Chlorine Service Weld Root Design and Mitigation Handbook

Följande tabell presenterar förslag på svetsdesign och alternativa konstruktioner för att förhindra spaltkorrosion i 5 % natriumhypoklorit vid 60 grader.

Svetsdesign Spaltgap (mm) Förutspådd spaltkorrosionshastighet (mm/år)1,2 mm Tid till perforeringsvägg (timmar) Råd
Helgenomträngningssvets, slipad 0 (ingen spalt)<0.05 >10 000 bästa metoder
Partiell penetreringssvets, spalt<0.1 mm <0.1 0.15-0.35 3,500-8,000Acceptable for inspection
Partiell penetrationssvets, spalt 0,1-0,3 mm 0.1-0.3 0.30-0.80 1500-4000 Marginal
Höftsvets (hatt över rör), mellanrum 0,3–0,5 mm 0,3–0.5 0.50–1.00 1,200–2 500Rekommenderas inte
Stumsvets med stödring 0,2–0.4 0.40–0.90 1,300–3 000 Undvik Engineering Beyond Weld Design

Titankvalitet påverkar spaltens korrosionsbeständighet. Grad 7 (palladium-stabiliserad) har 3-5 gånger längre starttid och 50-70 % lägre spridningshastighet än grad 2 i hypokloritspalter. Betyg 12 är medelförbättring. Väggtjocklek ger ett spelrum i material . 2.0 mm vägg med spaltkorrosion på 0,5 mm per år har en livslängd på 4 år. Ändhuven ska vara utformad som helgenomträngande stumsvets och markspol både in- och utvändigt. När en spricka inte kan undvikas, förseglas utrymmet med en PTFE-tejp eller en fluorpolymerförsegling för att förhindra att elektrolyter tränger in. Koncentrationen av hypoklorit i sprickor reduceras genom periodisk spolning av värmaren med färskvatten.

Specificitet med visshet

För en doppvärmare av titan i 5 % natriumhypoklorit vid 60 grader anger du en stumsvets med full penetration för ändlocket, slipat på insidan och utsidan för att uppnå en spaltfri geometri-. Om full penetrationssvetsning inte kan utföras, bör ett minsta svetsrotgap på mindre än 0,1 mm specificeras och efter-svetsinspektion bör krävas för att bekräfta spaltstorleken. Grad 7 titan bör specificeras för kritiska tillämpningar och ett heliumläckagetest ska utföras för att kontrollera svetsintegriteten. Inspektera svetsområdet kvartalsvis under drift med boreskop eller färgpenetrant. Om korrosionsprodukter är synliga i svetsen, byt ut värmaren. Genom att designa en spaltfri -svetsrot avlägsnas den snabba korrosionsmekanismen, vilket gör att värmaren kan nå en livslängd som endast begränsas av enhetlig uttunning.