Kodėl veikia titaninis panardinamasis šildytuvas su poliruotu suvirintu pirštu (streso koncentracijos faktorius<1.2) Outlast an As-Welded Joint (SCF >3) 5 koeficientu 90 laipsnių jūros vandens katodinėje apsaugos sistemoje?

Titano šildytuvus 90 laipsnių jūros vandens katodinėje apsaugos sistemoje užpuolė korozija ir vandenilio trapumas. Suvirinimo pirštas yra didelės įtampos koncentracijos sritis. As-suvirintų jungčių SCF yra 3-5, o poliruotų suvirintų siūlių yra mažesnis nei 1,2. Didesnis SCF padidina tempimo įtempius ir taip padidina vandenilio sukeltą įtrūkimą ir nuovargio įtrūkimų atsiradimą. Poliravimas, siekiant sumažinti SCF, pailgina tarnavimo laiką 5 kartus. Patobulinimas pastebimas titano apvalkale ir varžos viela viduje.

Streso koncentracijos faktoriaus vaidmuo nuovargio gyvenime

Suvirintoji jungtis yra įpjova, kurioje suvirinimo pirštas sutelkia taikomus ir liekamuosius įtempius. Suvirinimo piršto įtempis apskaičiuojamas iš σ_max=SCF kartų σ_nominal. Kai suvirintos jungties SCF yra 4, 50 MPa vardinis įtempis sukuria 200 MPa vietinį įtempį, artimą 2 laipsnio titano takumo ribai. Naudojant SCF=1.2 poliruotoms jungtims, tas pats vardinis įtempis sukuria tik 60 MPa vietinį įtempį. Katodinėje apsaugos sistemoje titano paviršiuje susidaro vandenilio atomai. Tempimo įtempis traukia vandenilį į didžiausio triašio įtempio padėtį ties suvirinimo pirštu, kur hidridai nusėda ir susidaro įtrūkimai. Mažesnis SCF sumažina vandenilio kaupimosi varomąją jėgą.

Nuovargio trukmė kaip suvirinimo pirštų būklės funkcija, kiekybinė

2 laipsnio titano suvirintų jungčių nuovargio trukmė buvo nustatyta atliekant kontroliuojamus ciklinius apkrovos bandymus 90 laipsnių jūros vandenyje su katodine apsauga esant -0,85 V, palyginti su Ag/AgCl. Suvirintos jungties su aštria įpjova (SCF 4-5) tarnavimo laikas, palyginti su as{6}}suvirinimu, yra 10 000–30 000 ciklų iki įtrūkimo pradžios. Vidutinės geometrijos (SCF 3–4) suvirintos jungties ciklai yra 20 000–50 000, o santykinis tarnavimo laikas yra 1,5. Lygus jungties įžeminimas (SCF 1,5-2) 50 000-150,000 3.0 Mechaniškai poliruoto jungties (SCF 1,2-1,5) ciklai yra 80 000-200 000, o santykinis tarnavimo laikas yra 4,0. Elektropoliruoto jungties su SCF mažesniu nei 1,2 ciklai yra 150 000–300 000, o santykinis tarnavimo laikas yra 5–7 kartus didesnis už suvirinimo būklę.

Katodinės apsaugos potencialo poveikis SCF jautrumui

Poliravimo pranašumas didėja esant didesniam neigiamam katodinės apsaugos potencialui (labiau apsaugančiam). Kaip-suvirinimo tarnavimo laikas yra 100 000-200 000 ciklų. Poliruoto naudojimo trukmė yra 500 000{24}}1 000 000 ciklų. Gyvenimo santykis yra 5 esant -0,80 V, palyginti su Ag/AgCl. Esant -0,85 V, suvirinto tarnavimo laikas yra 30 000–60 000 ciklų, poliruoto – 150 000–300 000 ciklų, o santykis vis dar yra 5. Suvirinimo tarnavimo laikas esant -0,90 V yra 10 000–20 000 poliravimo ciklų. 50 000–100 000 ciklų, o santykis yra 5. Suvirinimo tarnavimo laikas, esant -0,95 V, yra 5 000–10 000 ciklų, poliravimo trukmė yra 25 000–50 000 ciklų, o santykis yra 5. 5 kartų nuoseklus pagerėjimas rodo, kad poliravimas, neatsižvelgiant į absoliučią koncentracijos priežastį, pašalina pagrindinį tarnavimo laiką.

Suvirintų pirštų tvarstymo vadovas katodinės apsaugos tarnyboms

Toliau pateiktoje lentelėje pateiktos rekomendacijos, kaip suvirinti titano šildytuvus 90 laipsnių jūros vandens katodinės apsaugos sistemose, atsižvelgiant į numatomus ciklinio naudojimo reikalavimus.

Numatomi ciklai per eksploatavimo laiką, būtinas SCF rekomenduojama suvirinimo pirštų apdaila Numatomas nuovargio tarnavimo laikas (ciklai), palyginti su kaip{0}}suvirintas<10,000 <4 As-Welded (any) 10,000-30,000 1x 10,000-50,000 <3 As-welded (smooth) 20,000-50,000 1.5x 50,000-150,000 <2 Ground smooth 50,000-150,000 3x 150,000-300,000 <1.5 Mechanically polished 80,000-200,000 4x >300,000 <1.2 Electropolished 150,000-300,000 5-7x Engineering Beyond Weld Toe Finishing

Atsparumą nuovargiui veikia titano klasė, nepriklausoma nuo SCF. 7 laipsnis yra panašiai jautrus SCF, tačiau turi didesnį vidinį nuovargio stiprumą dėl prisodrinto paladžio. Tam tikrai apkrovai vardinis įtempis priklauso nuo sienelės storio. 2,0 mm sienelė suteikia mažesnį įtempį nei 1,0 mm siena esant tokiam pačiam lenkimo momentui. Reikia atsižvelgti į suvirinimo armatūros formą. Sklandus perėjimas (spindulys > 3 mm) sumažina SCF daugiau nei tik šlifavimą. Po-suvirinimo įtempių mažinimo atkaitinimas 540 laipsnių kampu 30 min. sumažina liekamąsias deformacijas 60–80 % ir žymiai pailgina naudojimo trukmę nuovargiui. Katodinės apsaugos potencialas turėtų būti sureguliuotas ties –0,80–0,85 V, bet ne daugiau neigiamas, kad būtų sumažintas vandenilio išsiskyrimas.

Informuotos specifikacijos rašymas

Specify electropolish all weld toes to a stress concentration factor less than 1.2 for titanium immersion heater in 90°C seawater cathodic protection service. Require profilometer readings to verify that the weld toe radius is more than 3 mm. For existing heaters with as-welded joints, include a stress-relief anneal and grind the weld toes smooth. During operation, examine the weld area annually using dye penetrant and regrind and repolish if cracks are found. Polishing the titanium heater welds reduces the stress concentration factor from >3 iki<1.2 and increases the fatigue life by a factor of 5 in cathodically protected seawater.