Com canvia el mètode de segellat de l'extrem del tub (soldadura per resistència versus soldadura làser) per a un escalfador de funda de titani el temps d'incubació per a l'esquerda per corrosió per estrès en ebullició del 40% de NaOH?

El craqueig càustic pot provocar un craqueig per corrosió per estrès (SCC) en escalfadors de titani que bullen un 40% d'hidròxid de sodi (NaOH) a uns 125 graus. El segell de l'extrem del tub on el cable de resistència entra a la funda és un lloc important de tensió residual elevada. El mètode tradicional per segellar les beines de titani és la soldadura per resistència amb un elèctrode de carboni que crea una -zona afectada per la calor (HAZ) àmplia amb un esforç de tracció residual considerable. El feix concentrat en la soldadura làser produeix un HAZ molt estret, disminució de l'estrès residual i poca contaminació. El temps d'incubació per a SCC (temps previ a l'esquerda) és de 3 a 5 vegades més llarg per als segells de soldadura per làser en comparació amb els segells de resistència.

Mecanisme d'incubació de SCC en segells soldats en solució càustica

SCC en ebullició al 40% de NaOH requereix tres condicions, un esforç de tracció elevat, una microestructura susceptible i un entorn corrosiu. Les tensions residuals per a la soldadura per resistència són més grans (150-250 MPa) que per a la soldadura làser (50-100 MPa). La soldadura per resistència també té un HAZ més gran amb més defectes de límit de gra i contaminació amb ferro dels elèctrodes de carboni que serveixen com a llocs d'inici de SCC. La soldadura làser crea un HAZ net i estret amb una tensió residual baixa i sense contaminació de l'elèctrode, retardant l'inici de l'esquerda. L'esquerdament es propaga transgranularment a través de la zona de soldadura un cop activada.

Temps d'incubació SCC quantitatius per a diferents processos de soldadura

Els períodes d'incubació SCC per a diverses circumstàncies de soldadura i post{0}}tractament de segells extrems de tubs de titani de grau 2 s'han establert mitjançant proves controlades en ebullició de NaOH al 40% a 125 graus i pressió atmosfèrica. El període d'incubació de l'SCC en condicions-soldades sense post-tractament és de 800 a 1.500 hores per a la soldadura làser. Les esquerdes començaran a la punta de la soldadura després de 500 a 1.000 hores, per tant, això és acceptable per a un funcionament continu de 3 a 6 mesos. L'enfocament recomanat és la soldadura làser seguida de l'alliberament de tensions a 540 graus durant 30 minuts en un entorn d'argó. El temps d'incubació s'amplia fins a 2.000-3.500 hores sense cap esquerdament observat en 2.000 hores. En la condició convencional de soldadura, el període d'incubació per a la soldadura per resistència és de només 200-400 hores, i les esquerdes comencen als llocs de contacte amb els elèctrodes, que no són adequats per al servei continu. Per a la soldadura per resistència i l'alleujament posterior de l'estrès, el temps d'incubació s'augmenta a 500-800 hores, que és millor però encara menys que la soldadura làser. En el cas de la soldadura per resistència amb alleujament de tensió i decapat, la durada d'incubació augmenta a 600-1000 hores. El decapat elimina la contaminació de ferro superficial.

Efecte de la concentració i la temperatura de NaOH sobre les proporcions del temps d'incubació

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. Soldadura làser: 800–1.500 hores Soldadura per resistència: 200–400 hores Relació: 4 40% NaOH, 125 graus La soldadura làser al 50% NaOH, 140 graus C dóna 300-600 hores. La soldadura per resistència ofereix 80-150 hores, també una proporció de 4. Per a la soldadura làser al 60% de NaOH i 155 graus, la soldadura per resistència produeix 30-60 hores, la soldadura làser 100-250 hores, de nou una proporció de 4:1. La relació és molt estable, demostrant que la soldadura per làser dóna un augment fonamental de la resistència SCC independentment de la gravetat de la càustica.

Guia per a la selecció dels processos de segellat d'extrems de tubs per al servei càustic

La taula següent mostra la selecció del mètode de segellat de l'extrem del tub recomanat per als escalfadors de funda de titani en servei d'hidròxid de sodi en ebullició en funció de la vida útil desitjada i la concentració càustica.

Vida útil desitjada Concentració de NaOH (%) Mètode de segellat recomanatPost-Temps d'incubació del tractament de soldadura (hores) SCC previst 2 anys 30 Soldadura per làser Alleujament de l'estrès > 5.000
1–2 anys 40 Soldadura per làser Alleujament de tensió 2.000–3.500
6–12 mesos 40 Soldadura làser Cap 800–1.500
3-6 mesos 40 Soldadura per resistència Alleujant l'estrès + decapat 600-1.000
<3 months 40 Resistance welding Nil 200-400
Enginyeria més que triar un mètode de soldadura

El grau de titani influeix en la resistència SCC independentment del procediment de soldadura. El grau 7 (pal·ladi-estabilitzat) demostra períodes d'incubació 3-5 vegades més llargs que el grau 2 per als dos processos de soldadura, a causa de l'enriquiment de pal·ladi als límits del gra. El gruix de la paret no impedeix que s'iniciï el SCC, sinó que en frena el creixement. Una paret de 2,0-mm amb esquerdes SCC pot durar 2-3 vegades més abans de perforar-se que una paret d'1,2 mm. La forma de l'extrem del tub és important, la concentració d'estrès es redueix mitjançant una transició suau del segell al tub. La soldadura làser crea un perfil de soldadura més uniforme amb menys retallades. La durada d'incubació s'incrementa considerablement mitjançant el recuit d'alleujament d'estrès posterior a la soldadura a 540 graus durant 30 min, la qual cosa redueix l'estrès residual en un 60-80% per a tots dos procediments.

Donació d'especificacions ben informades

Tots els segells dels extrems del tub s'han de soldar amb làser. Escalfador de funda de titani per a un servei d'ebullició al 40% de NaOH a 125 graus. Alleujament de l'estrès posterior a la soldadura a 540 graus durant 30 min en atmosfera d'argó, seguit de decapat en àcid nítric + 3% àcid fluorhídric al 20% durant 5 minuts per eliminar qualsevol contaminació superficial. Si la soldadura làser no és accessible, indiqueu la soldadura per resistència amb alleujament de tensió i decapat, però accepteu una vida útil més curta. Rebutja qualsevol soldadura amb contaminants evidents, esquitxades o retallades. Durant el funcionament, comproveu periòdicament els segells de l'extrem del tub utilitzant un colorant penetrant. Si es troben esquerdes, poseu l'escalfador fora de servei immediatament. L'enginyer va utilitzar la soldadura per làser en lloc de la soldadura per resistència i, per tant, va augmentar el període d'incubació de l'SCC en un factor de 4, permetent un rendiment constant en l'operació d'ebullició d'hidròxid de sodi al 40%.