Per què un escalfador d'immersió de titani amb una punta de soldadura polida (factor de concentració d'estrès)<1.2) Outlast an As-Welded Joint (SCF >3) per un factor de 5 en un sistema de protecció catòdica d'aigua de mar de 90 graus?

Els escalfadors de titani en un sistema de protecció catòdica d'aigua de mar de 90 graus van ser atacats per la corrosió i la fragilitat de l'hidrogen. La punta de soldadura és una zona de concentració d'estrès elevada. El SCF de les juntes as-soldades és de 3-5 i de les puntes de soldadura polides és inferior a 1,2. L'SCF més gran condueix a un augment de les tensions de tracció i, per tant, a un augment de la fissuració induïda per l'hidrogen i l'inici de l'esquerda per fatiga. El poliment per reduir l'SCF augmenta la vida útil en un factor de 5. La millora es veu en la funda de titani i el cable de resistència a l'interior.

El paper del factor de concentració de l'estrès en la vida de fatiga

Una unió soldada és una osca on la punta de soldadura concentra les tensions aplicades i residuals. La tensió de la punta de la soldadura ve donada per σ_max=SCF vegades σ_nominal. Amb un SCF de 4 per a una unió-soldada, una tensió nominal de 50 MPa produeix una tensió local de 200 MPa, propera al límit elàstic del titani de grau 2. Amb SCF=1.2 per a una unió polida, la mateixa tensió nominal produeix una tensió local de només 60 MPa. En un sistema de protecció catòdica es creen àtoms d'hidrogen a la superfície del titani. L'esforç de tracció atrau l'hidrogen a la posició de l'esforç triaxial màxim a la punta de la soldadura on els hidrurs precipiten i s'inicien les esquerdes. Un SCF més baix redueix la força motriu per a l'acumulació d'hidrogen.

Vida a la fatiga en funció de la condició de la punta de la soldadura, quantitativa

La vida útil de fatiga de les juntes de soldadura de titani de grau 2 s'ha obtingut a partir de proves de càrrega cíclica controlada en aigua de mar de 90 graus amb protecció catòdica a -0,85 V en comparació amb Ag/AgCl. La vida relativa a com-soldada per a una unió com-soldada amb una osca aguda (SCF 4-5) és de 10.000 a 30.000 cicles per començar l'esquerda. Per a la junta soldada amb geometria mitjana (SCF 3-4), els cicles són 20.000-50.000 i la vida relativa és d'1,5. Llisament de juntes llises (SCF 1,5-2) 50.000-150,000 3.0 Per a una junta polida mecànicament (SCF 1,2-1,5) els cicles són de 80.000-200.000 i la vida relativa és de 4,0. Per a la junta electropolitada amb SCF inferior a 1,2, els cicles són de 150.000 a 300.000 i la vida relativa és de 5 a 7 vegades la condició de soldadura.

Efecte del potencial de protecció catòdica sobre la sensibilitat SCF

L'avantatge del poliment augmenta amb més potencial de protecció catòdica negativa (més protector). La vida-soldada és de 100.000-200.000 cicles. La vida útil del poliment és de 500.000-1.000.000 de cicles. La relació de vida útil és de 5 a -0,80 V en comparació amb Ag/AgCl. A -0,85 V, el soldat té una vida útil de 30.000-60.000 cicles, el polit té una vida útil de 150.000-300.000 cicles i la proporció encara és de 5. La vida tal com soldat a -0,90 V és de 10.000-20.000 cicles, el polit és de 10.000-20.000 cicles. 50.000-100.000 cicles i la proporció és de 5. La vida tal com soldada a -0,95 V és de 5.000-10.000 cicles, la vida polida és de 25.000-50.000 cicles i la proporció és de 5. La millora constant de 5 vegades demostra que el poliment s'enfronta a l'arrel de l'estrès sense tenir en compte el mecanisme de concentració.

Guia de vestits de puntes de soldadura per als serveis de protecció catòdica

La taula següent ofereix recomanacions per a l'acabat de puntes de soldadura per a escalfadors de titani en sistemes de protecció catòdica d'aigua de mar de 90 graus en funció dels requisits de vida cíclic esperats.

Cicles esperats durant la vida útil SCF requerit Acabat de punt de soldadura recomanat Vida de fatiga esperada (cicles) Relatiu a com-soldat<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

La resistència a la fatiga es veu afectada pel grau de titani independent de l'SCF. El grau 7 és igualment sensible a SCF, però té una resistència a la fatiga intrínseca més alta a causa de l'enriquiment de pal·ladi. Per a una càrrega determinada, la tensió nominal depèn del gruix de la paret. Una paret de 2,0 mm dóna una tensió menor que una paret d'1,0 mm per al mateix moment de flexió. S'ha de tenir en compte la forma del reforç de soldadura. Una transició suau (radi > 3 mm) redueix SCF més que només la mòlta. El recuit d'alleujament de l'estrès post-soldadura a 540 graus durant 30 minuts redueix les tensions residuals entre un 60 i un 80% i millora significativament la vida a la fatiga. El potencial de protecció catòdica s'ha d'ajustar a -0,80 a -0,85 V però no més negatiu per minimitzar l'evolució d'hidrogen.

Redacció d'una especificació informada

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