Miks titaanist sukelküttekeha poleeritud keevisvarbaga (stressi kontsentratsioonifaktor)<1.2) Outlast an As-Welded Joint (SCF >3) teguriga 5 90-kraadises merevee katoodkaitsesüsteemis?

90-kraadises merevee katoodkaitsesüsteemis olevaid titaansoojendeid ründas korrosioon ja vesiniku haprus. Keevisõmbluse varvas on kõrge pingekontsentratsiooniga piirkond. as-keevisliidete SCF on 3-5 ja poleeritud keevisliidete SCF on alla 1,2. Suurem SCF põhjustab suurenenud tõmbepingeid ja seega suurenenud vesinikust põhjustatud pragunemist ja väsimuspragude teket. Poleerimine SCF-i vähendamiseks pikendab eluiga 5 korda. Paranemist on näha titaankestas ja sees olevas takistustraadis.

Stressikontsentratsiooni teguri roll väsimuselus

Keevisliide on sälk, kuhu keevisõmblus koondab rakendatud ja jääkpinged. Keevisõmbluse varba pinge saadakse σ_max=SCF korda σ_nominal. Kui keevisliidese SCF on 4, tekitab 50 MPa nimipinge kohaliku pinge 200 MPa, mis on lähedane 2. klassi titaani voolavuspiirile. SCF=1.2 puhul poleeritud liite jaoks tekitab sama nimipinge kohaliku pinge vaid 60 MPa. Katoodkaitsesüsteemis tekivad vesinikuaatomid titaani pinnale. Tõmbepinge tõmbab vesiniku maksimaalse kolmeteljelise pinge asendisse keevisõmbluse varba juures, kus hüdriidid sadestuvad ja tekivad praod. Madalam SCF vähendab vesiniku kogunemise liikumapanevat jõudu.

Väsimuse kestus keevisvarba seisundi funktsioonina, kvantitatiivne

2. klassi titaanist keevisliidete väsimuse kestus on saadud kontrollitud tsükliliste koormuskatsetega 90-kraadises merevees katoodkaitsega -0,85 V vs. Ag/AgCl. Terava sälguga as-keevisliite (SCF 4-5) eluiga as-keevituse suhtes on 10 000–30 000 tsüklit pragunemiseni. Keskmise geomeetriaga keevisliite (SCF 3-4) puhul on tsüklid 20 000-50 000 ja suhteline eluiga 1,5. Sile vuugi maandus (SCF 1,5-2) 50 000-150,000 3.0 Mehhaaniliselt poleeritud vuugi (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

Poleerimise eelis suureneb negatiivse katoodkaitsepotentsiaaliga (rohkem kaitse). Kuna-keevitatud tööiga on 100 000-200 000 tsüklit. Poleeritud eluiga on 500 000{24}}1 000 000 tsüklit. Eluiga on 5 -0,80 V vs Ag/AgCl. -0,85 V juures on keevitatud materjali eluiga 30 000-60 000 tsüklit, poleeritud 150 000-300 000 tsüklit ja suhe on endiselt 5. Keevitatud tööiga -0,90 V juures on 10 000-20 000 poleeritud eluiga. 50 000–100 000 tsüklit ja suhe on 5. Keevitatud eluiga -0,95 V juures on 5000–10 000 tsüklit, poleeritud eluiga on 25 000–50 000 tsüklit ja suhe on 5. 5-kordne järjekindel paranemine näitab, et poleerimine, sõltumata kontsentratsiooni absoluutsest põhjusest, lahendab kontsentratsiooni algpõhjuse mehhanismi.

Katoodkaitseteenuste keevisõmbluste sidumise juhend

Allolev tabel annab soovitusi titaanist küttekehade keevisõmbluse viimistlemiseks 90-kraadises merevee katoodkaitsesüsteemides, võttes aluseks eeldatava tsüklilise kasutusea nõuded.

Eeldatavad tsüklid kasutusea jooksul nõutava SCF-i soovitatava keevisõmbluse viimistluse eeldatava väsimuse eluiga (tsüklid)-keevituse suhtes<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

Väsimuskindlust mõjutab SCF-ist sõltumatu titaani klass. Klass 7 on sarnaselt tundlik SCF-i suhtes, kuid sellel on pallaadiumi rikastamise tõttu suurem sisemine väsimustugevus. Antud koormuse korral sõltub nimipinge seina paksusest. Sein 2,0 mm annab sama paindemomendi korral väiksema pinge kui 1,0 mm sein. Arvesse tuleb võtta keevisarmatuuri kuju. Sujuv üleminek (raadius > 3 mm) vähendab SCF-i rohkem kui ainult lihvimist. Keevisõmbluse järgse pinge leevendamise lõõmutamine 540 kraadi juures 30 minuti jooksul vähendab jääkpingeid 60–80% ja pikendab märkimisväärselt väsimuse kestust. Vesiniku eraldumise minimeerimiseks tuleks katoodkaitse potentsiaali reguleerida -0,80 kuni -0,85 V, kuid mitte negatiivsemaks.

Teadliku spetsifikatsiooni kirjutamine

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 kuni<1.2 and increases the fatigue life by a factor of 5 in cathodically protected seawater.