En hipoclorit de sodi al 5% (NaOCl) a 60 graus, el titani presenta una baixa taxa de corrosió uniforme de 0,01 a 0,05 mm per any a causa de l'entorn fortament oxidant. Tanmateix, la tapa d'extrem soldada d'un escalfador d'immersió conté una escletxa a l'arrel de la soldadura-l'espai entre la tapa final i la paret del tub a l'interior de l'escalfador. Aquesta geometria d'escletxa atrapa l'electròlit estancat. L'hipoclorit es descompon dins de l'escletxa per formar clorur i oxigen, i els clorurs es concentren entre 5 i 10 vegades la concentració a granel. La pel·lícula passiva es trenca dins de l'escletxa i la velocitat de corrosió s'accelera fins a 0,3-1,0 mm per any, que és de 10 a 100 vegades més ràpid que l'aprimament uniforme. La fallada es produeix preferentment a l'arrel de la soldadura, sovint sense corrosió externa visible.

El mecanisme de corrosió de l'escletxa a l'arrel de soldadura en hipoclorit

A la solució d'hipoclorit a granel, l'entorn oxidant manté una pel·lícula passiva estable. Dins de l'escletxa de l'arrel de soldadura, la geometria restringida impedeix la reposició d'oxigen. L'hipoclorit es descompon: 2OCl⁻ → O₂ + 2Cl⁻. La concentració de clorur s'acumula i l'oxigen s'esgota. El pH local disminueix a mesura que es forma àcid hipoclorós. La combinació d'alt clorur, baix oxigen i pH àcid destrueix la pel·lícula passiva. El càtode extern gran (la resta de l'escalfador) condueix a una ràpida dissolució anòdica dins de l'escletxa. La geometria de l'arrel de soldadura també conté l'esforç de tracció residual de la soldadura, que accelera l'inici de l'esquerda.

Taxes quantitatives de corrosió de les esquerdes a l'arrel de soldadura

Controlled testing in 5% NaOCl at 60°C over 1,000 hours has established the following corrosion rates for Grade 2 titanium at different heater locations. For the tube body (smooth surface, no crevice), the uniform corrosion rate is 0.01–0.03 mm per year, and the surface remains bright with no pitting. For the external weld toe (the outside of the welded end cap), the corrosion rate is 0.02–0.05 mm per year, and the surface shows light etching. For the weld root crevice (inside gap of 0.1–0.3 mm), the crevice corrosion rate is 0.3–0.8 mm per year, and severe grooving occurs, with perforation of a 1.2 mm wall within 1,500–4,000 hours. For the weld root with a poorly fitted end cap (gap >0,5 mm), la taxa de corrosió de l'escletxa augmenta a 0,5-1,2 mm per any, amb perforació en 1.000-2.500 hores.

Influència de la concentració i la temperatura d'hipoclorit en la gravetat de les esquerdes

La gravetat de la corrosió de les esquerdes de l'arrel de soldadura augmenta amb la concentració i la temperatura d'hipoclorit. A un 1% de NaOCl i 60 graus, la taxa de corrosió de les esquerdes és de 0,15 a 0,40 mm per any. A un 5% i 60 graus, la taxa és de 0,30-0,80 mm per any. Al 10% i 60 graus, la taxa arriba a 0,50-1,20 mm per any. A un 5% i 40 graus, la taxa és de 0,10 a 0,25 mm per any. Al 5% i 80 graus, la taxa augmenta a 0,50-1,00 mm per any. La presència de clorurs a la solució d'hipoclorit (del lleixiu envellit) augmenta la taxa de corrosió de les esquerdes en un 30-50% addicional.

Guia de disseny i mitigació de l'arrel de soldadura per al servei d'hipoclorit

La taula següent ofereix recomanacions per al disseny de la soldadura de la tapa final i configuracions alternatives per evitar la corrosió de les esquerdes en hipoclorit de sodi al 5% a 60 graus.

Enginyeria més enllà del disseny de soldadura

El grau de titani afecta la resistència a la corrosió de les esquerdes. El grau 7 (estabilitzat amb pal·ladi-) té un temps d'iniciació 3-5 vegades més llarg i una taxa de propagació un 50-70% més baixa que el grau 2 a les esquerdes d'hipoclorit. El grau 12 ofereix una millora intermèdia. El gruix de la paret proporciona una dotació de material; una paret de 2,0 mm amb corrosió per esquerdes a 0,5 mm per any sobreviu 4 anys. La tapa final s'ha de dissenyar com una soldadura a tope de penetració completa, a ras de terra tant per dins com per fora. Si no es pot evitar una escletxa, omplir el buit amb cinta de PTFE o un segellador de fluoropolímer evita l'entrada d'electròlits. El rentat periòdic de l'escalfador amb aigua dolça redueix la concentració d'hipoclorit dins les escletxes.

Elaboració d'una especificació informada

Per a un escalfador d'immersió de titani amb hipoclorit de sodi al 5% a 60 graus , especifiqueu una soldadura a tope de penetració completa per a la tapa final, ras de terra a l'interior i a l'exterior per crear una geometria lliure de-escletxes. Si no és possible una soldadura de penetració total, especifiqueu un espai mínim de l'arrel de la soldadura de menys de 0,1 mm i requereixi una inspecció posterior a la-soldadura per verificar la mida de l'espai. Per a aplicacions crítiques, especifiqueu titani de grau 7 i afegiu una prova de fuites d'heli per verificar la integritat de la soldadura. Durant el funcionament, inspeccioneu l'àrea de soldadura trimestralment amb un endoscopi o un penetrant de colorant; si els productes de corrosió són visibles dins de la soldadura, substituïu l'escalfador. En dissenyar una arrel de soldadura-sense escletxes, l'enginyer elimina el mecanisme de corrosió ràpida, cosa que permet que l'escalfador assoleixi una vida útil limitada només per un aprimament uniforme.