Miks titaanist sukelküttekeha poleeritud keevisvarbaga (stressi kontsentratsioonifaktor)<1.2) Outlast An As-Welded Joint (SCF >3) koefitsiendiga 5 90-kraadises merevee katoodkaitsesüsteemis?
Jäta sõnum
90-kraadises merevee katoodkaitsesüsteemis on titaanist küttekehad nii söövitava rünnaku kui ka vesiniku rabeduse all. Keevisõmbluse varvas on kõrge pingekontsentratsiooniga piirkond. Kuna -keevisliidete pingekontsentratsiooni tegur (SCF) on 3–5, samal ajal kui poleeritud keevisõmblused vähendavad SCF-i alla 1,2. Kõrgem SCF võimendab tõmbepingeid, soodustades vesinik-indutseeritud pragunemist ja väsimuspragude teket. SCF-i vähendamine poleerimisega pikendab kasutusiga 5 korda. Paranemist on täheldatud nii titaankestas kui ka selle sees olevas takistustraadis.
Stressi kontsentratsiooniteguri mõju väsimuse elule mehhanism
Keevisliites toimib keevisotsik sälkuna, mis koondab rakendatud ja jääkpinged. Efektiivne pinge keevisõmbluse otsas on σ_max=SCF × σ_nominal. SCF-iga -keevitatud liite korral tekitab 50 MPa nimipinge kohaliku pinge 200 MPa, mis läheneb 2. klassi titaani voolavuspiirile. SCF-iga=1.2 poleeritud liite puhul tekitab sama nimipinge kohaliku pinge vaid 60 MPa. Katoodkaitsesüsteemis tekivad vesinikuaatomid titaani pinnal. Tõmbepinge tõmbab vesiniku maksimaalse kolmeteljelise pinge piirkonda keevisõmbluse varba juures, kus hüdriidid sadestuvad ja tekivad praod. Madalam SCF vähendab vesiniku kogunemise liikumapanevat jõudu.
Kvantitatiivne väsimuse eluiga kui keevisvarba seisundi funktsioon
Kontrollitud tsükliline koormuskatse 90-kraadises merevees katoodkaitsega -0,85 V vs. Ag/AgCl on tuvastanud 2. astme titaankeevisliidete jaoks järgmised väsimuseajad. Terava sälguga as-keevisliite (SCF 4–5) korral on tsüklid pragude tekkeni 10 000–30 000 ja eluiga as-keevituse suhtes on 1,0. Keskmise geomeetriaga as-keevisliite (SCF 3–4) korral on tsüklid 20 000–50 000 ja suhteline eluiga 1,5. Lihvitud sileliite (SCF 1,5–2) korral on tsüklid 50 000–150 000 ja suhteline eluiga 3,0. Mehaaniliselt poleeritud liite (SCF 1,2–1,5) korral on tsüklid 80 000–200 000 ja suhteline eluiga 4,0. Elektropoleeritud liite puhul, mille SCF on alla 1,2, on tsüklid 150 000–300 000 ja suhteline eluiga on 5–7 korda suurem kui keevitatud olekus.
Katoodkaitse potentsiaali mõju SCF tundlikkusele
Poleerimisest saadav kasu suureneb, kui katoodkaitse potentsiaal muutub negatiivsemaks (kaitsvamaks). -0,80 V versus Ag/AgCl on keevitatud tööiga 100 000–200 000 tsüklit, poleeritud eluiga 500 000–1 000 000 tsüklit ja eluiga on 5. -}, aswel on 0,8 {53 30 000–60 000 tsüklit, poleeritud eluiga on 150 000–300 000 tsüklit ja suhe jääb 5-ks. -0,90 V juures on keevitatud tööiga 10 000–20 000 tsüklit, poleeritud eluiga on 50 000–09,5 tsüklit ja suhe -0,09. V, keevitatud eluiga on 5000–10 000 tsüklit, poleeritud eluiga 25 000–50 000 tsüklit ja suhe on 5. Järjepidev 5-kordne paranemine näitab, et poleerimine käsitleb põhilist pingekontsentratsiooni mehhanismi, mis ei sõltu absoluutsest elueast.
Katoodkaitseteenuse keevisõmbluste viimistlusjuhend
Järgmises tabelis on soovitused 90-kraadise merevee katoodkaitsesüsteemide titaanküttekehade keevisõmbluse viimistlemiseks, mis põhinevad eeldatavatel tsüklilistel kasutusea nõuetel.
| Eeldatavad tsüklid kasutusea jooksul | Nõutav SCF | Soovitatav keevisvarba viimistlus | Eeldatav väsimuse eluiga (tsüklid) | Suhteliselt nagu-Keevitatud |
|---|---|---|---|---|
| <10,000 | <4 | Keevitatud-(mis tahes) | 10,000–30,000 | 1× |
| 10,000–50,000 | <3 | Keevitatud-(sile) | 20,000–50,000 | 1.5× |
| 50,000–150,000 | <2 | Maapind sile | 50,000–150,000 | 3× |
| 150,000–300,000 | <1.5 | Mehaaniliselt poleeritud | 80,000–200,000 | 4× |
| >300,000 | <1.2 | Elektropoleeritud | 150,000–300,000 | 5–7× |
Inseneritööd peale keevisvarvaste viimistluse
Titaani klass mõjutab väsimuskindlust SCF-ist sõltumatult. 7. klassil on sarnane SCF tundlikkus, kuid suurem sisemine väsimustugevus pallaadiumi rikastamise tõttu. Seina paksus mõjutab antud koormuse nimipinget; 2,0 mm seinal on sama paindemomendi korral väiksem pinge kui 1,0 mm seinal. Keevisõmbluse tugevduse kuju on oluline; sujuv üleminek raadiusega üle 3 mm vähendab SCF-i rohkem kui ainult lihvimine. Keevisõmbluse järgse pinge leevendamise lõõmutamine 540 kraadi juures 30 minuti jooksul vähendab jääkpingeid 60–80%, parandades veelgi väsimuse kestust. Vesiniku eraldumise minimeerimiseks tuleks katoodkaitse potentsiaali reguleerida -0,80 kuni -0,85 V, mitte negatiivsemalt.
Teadliku spetsifikatsiooni koostamine
For a titanium immersion heater in 90°C seawater cathodic protection service, specify that all weld toes be electropolished to achieve a stress concentration factor below 1.2. Require profilometer measurements to verify that the weld toe radius exceeds 3 mm. For existing heaters with as-welded joints, add a stress relief anneal and grind the weld toes smooth. During operation, inspect the weld area annually using dye penetrant; if cracks are detected, regrind and repolish. By reducing the stress concentration factor from >3 kuni<1.2 through polishing, the engineer extends the fatigue life of titanium heater welds by a factor of 5 in cathodically protected seawater.
