Hvordan endrer rørendeforseglingsmetoden (motstandssveising vs. lasersveising) for en titankappevarmer inkubasjonstiden for spenningskorrosjon ved kokende 40 % NaOH?

Kaustisk sprekkdannelse kan føre til spenningskorrosjonssprekker (SCC) i titanvarmere som koker 40 % natriumhydroksid (NaOH) ved ca. 125 grader. Rørendeforseglingen der motstandstråden kommer inn i kappen er et betydelig sted med høy restspenning. Den tradisjonelle metoden for forsegling av titankapper er motstandssveising med en karbonelektrode som skaper en bred varmepåvirket sone (HAZ) med betydelig gjenværende strekkspenning. Den konsentrerte strålen ved lasersveising gir en svært smal HAZ, redusert restspenning og lite forurensning. Inkubasjonstiden for SCC (tid før sprekkdannelse) er 3 til 5 ganger lengre for lasersveisede tetninger sammenlignet med motstandssveisede tetninger.

Mekanisme for SCC-inkubasjon i sveisede tetninger i kaustisk løsning

SCC i kokende 40% NaOH krever tre forhold, høy strekkspenning, følsom mikrostruktur og korrosivt miljø. Restspenningene for motstandssveising er større (150–250 MPa) enn for lasersveising (50–100 MPa). Motstandssveising har også en større HAZ med flere korngrensedefekter og forurensning med jern fra karbonelektrodene som fungerer som SCC-initieringssteder. Lasersveising skaper en ren, smal HAZ med lav restspenning og ingen forurensning fra elektroden, noe som forsinker sprekkinitiering. Sprekking forplanter seg transgranulært via sveiseområdet når den først er utløst.

Kvantitative SCC-inkubasjonstider for forskjellige sveiseprosesser

SCC-inkubasjonsperioder for ulike sveise- og etterbehandlingsforhold for endeforseglinger av titanrør av grad 2 er etablert ved kontrollerte tester med kokende 40 % NaOH ved 125 grader og atmosfærisk trykk. SCC-inkubasjonsperioden i-sveiset tilstand uten etter-behandling er 800–1500 timer for lasersveising. Sprekker vil begynne ved sveisetåen etter 500 til 1000 timer, derfor er dette akseptabelt for kontinuerlig drift på 3 til 6 måneder. Den anbefalte tilnærmingen er lasersveising etterfulgt av spenningsfrigjøring ved 540 grader i 30 minutter i et argonmiljø. Inkubasjonstiden forlenges til 2000-3500 timer uten sprekkdannelse innen 2000 timer. I den konvensjonelle tilstanden som er sveiset, er inkubasjonsperioden for motstandssveising bare 200–400 timer, og sprekker starter fra kontaktstedene med elektrodene, som ikke er egnet for kontinuerlig bruk. For motstandssveising og påfølgende stresslindring økes inkubasjonstiden til 500-800 timer, noe som er bedre, men likevel mindre enn lasersveising. Ved motstandssveising med stressavlastning og beising øker inkubasjonstiden til 600-1000 timer. Beising fjerner overflatejernforurensning.

Effekt av NaOH-konsentrasjon og temperatur på forholdet mellom inkubasjonstid

The ratio of incubation durations between laser welding and resistance welding remains essentially stable over caustic environments. The laser-welded seals exhibit an incubation period of >5,000 hours at 30% NaOH and 115°C, while the resistance-welded seals display 1,000-2,000 hours, giving a life ratio of >3. Lasersveising: 800–1500 timer Motstandssveising: 200–400 timer Forhold: 4 40% NaOH, 125 grader Lasersveising ved 50% NaOH, 140 grader C gir 300-600 timer. Motstandssveising gir 80-150 timer, også et forhold på 4. For lasersveising ved 60 % NaOH og 155 grader gir motstandssveising 30–60 timer, lasersveising 100–250 timer, igjen et forhold på 4:1. Forholdet er meget stabilt, og viser at lasersveising gir en fundamental økning i SCC-motstand uavhengig av kaustisk alvorlighetsgrad.

Veiledning for valg av rørendeforseglingsprosesser for kaustisk service

Tabellen nedenfor viser anbefalte tetningsmetoder for rørende for titanmantelvarmere i kokende natriumhydroksid-drift avhengig av ønsket levetid og kaustisk konsentrasjon.

Ønsket levetid NaOH-konsentrasjon (%) Anbefalt forseglingsmetode Post-Sveisebehandling Inkubasjonstid (timer) Forventet SCC2 år 30 Lasersveising Stressavlastende > 5000
1–2 år 40 Lasersveising Avspenning 2000–3500
6–12 måneder 40 Lasersveising Ingen 800–1.500
3-6 måneder 40 Motstandssveising Stressavlastende + beising 600-1000
<3 months 40 Resistance welding Nil 200-400
Engineering mer enn å velge sveisemetode

Titankvaliteten påvirker SCC-motstanden uavhengig av sveiseprosedyren. Grad 7 (palladium-stabilisert) viser 3-5 ganger lengre inkubasjonsperioder enn grad 2 for begge sveiseprosessene, på grunn av palladiumanrikningen ved korngrensene. Veggtykkelsen hindrer ikke SCC i å starte, men bremser veksten. En 2,0-mm vegg med SCC-sprekker kan vare 2–3 ganger lenger før perforering enn en 1,2 mm vegg. Rørendeformen er viktig, spenningskonsentrasjonen reduseres ved en jevn overgang fra tetningen til røret. Lasersveising skaper en jevnere sveiseprofil med mindre underskjæring. Inkubasjonstiden økes kraftig ved hjelp av ettersveis spenningsavlastende gløding ved 540 grader i 30 minutter, noe som reduserer restspenningen med 60-80 % for begge prosedyrene.

Godt informert spesifikasjonsgiver

Alle rørendepakninger skal lasersveises. Titanium kappevarmer for 40 % NaOH-koking ved 125 grader. Spenningsavlastning etter sveis ved 540 grader i 30 minutter i argonatmosfære etterfulgt av beising i 20 % salpetersyre + 3 % flussyre i 5 minutter for å fjerne eventuell overflateforurensning. Hvis lasersveising ikke er tilgjengelig, oppgi motstandssveising med stressavlastning og beising, men aksepter kortere levetid. Avvis enhver sveis med synlige forurensninger, sprut eller underskjæring. Under drift, sjekk rørendeforseglingen med jevne mellomrom med fargepenetrant. Hvis det oppdages sprekker, ta varmeren ut av drift umiddelbart. Ingeniøren brukte lasersveising i stedet for motstandssveising og økte dermed SCC-inkubasjonsperioden med en faktor på 4, noe som muliggjorde konsistent ytelse ved kokende 40 % natriumhydroksiddrift.