Per què un escalfador de funda de titani amb un tractament tèrmic de post-soldadura a 600 graus a l'aire presenta una taxa de corrosió de les esquerdes quatre vegades més gran en àcid oxàlic al 5% a 80 graus en comparació amb un tub soldat com-?

El PWHT dels escalfadors de funda de titani es realitza habitualment a 540-650 graus per reduir les tensions residuals induïdes per la soldadura. Es genera una escala d'òxid gruixuda i multi-capes a la superfície de titani a 600 graus a l'aire. Aquesta escala està formada per TiO2, Ti2O3 i TiO i l'oxigen està molt enriquit a sota generant una capa de cas alfa-. Aquesta escala d'òxid i el cas alfa-són químicament inestables en àcid oxàlic al 5% (H₂C₂O₄) a 80 graus. L'escala es trenca i es desfà en diverses fissures. L'àcid oxàlic penetra aquestes fissures, concentrant espècies hostils i augmentant les taxes de corrosió locals. El tub soldat-en estat de superfície decapat o electropolit i sense òxid PWHT té una pel·lícula passiva que és prima, densa i resistent a l'inici de les esquerdes. Això fa que la taxa de corrosió de les escletxes augmenti 4 vegades en els tubs-PWHT d'aire en comparació amb els-tubs soldats.

Mecanisme de PWHT-acceleració induïda de la corrosió de les esquerdes

El titani està sotmès a oxidació parabòlica a l'aire a 600 graus amb una escala de 2-5 µm. L'oxigen es dissol en el metall i forma una capa superficial alfa-de 50-150 µm de profunditat. Aquesta capa és fràgil i té un coeficient d'expansió tèrmica diferent del coeficient del metall base. On es produeixen micro-esquerdes refredades a l'escala. L'escala es dissol de manera no-uniforme en àcid oxàlic i revela el cas-alfa. El cas alfa-és anòdic al metall subjacent i es configuren les cèl·lules galvàniques. L'escala esquerdada i el cas alfa-exposat són fissures naturals i augmenten la taxa d'atac de 3 a 5 vegades la d'una superfície neta com-soldada. El creixement de la corrosió per escletxes es produeix principalment al contacte entre el cas alfa i el metall base.

Taxes quantitatives de corrosió de les esquerdes en diferents condicions de tractament tèrmic posterior a la soldadura.

S'han utilitzat proves controlades amb àcid oxàlic al 5% a 80 graus durant 500 hores per determinar les taxes de corrosió de les esquerdes del titani de grau 2 en diverses circumstàncies posteriors a la-soldadura. La taxa de corrosió de les esquerdes a les puntes de la soldadura va ser de 0,08 a 0,15 mm/any per a un tub decapat-soldat sense PWHT i una superfície neta amb només un atac menor. La velocitat per a un tub donat PWHT a 540 graus a l'aire, que va donar lloc a un òxid de palla lleuger, va ser de 0,20 a 0,35 mm per any. Això va ser el doble de la taxa de la condició-soldada i l'escala parcialment trencada. Un tub amb PWHT a 600 graus a l'aire i un òxid blau o morat té una velocitat de 0,35 a 0,65 mm/any, un augment de quatre vegades respecte a la línia de base-soldada i esquerdes i esquilles greus. El tub amb PWHT a 650 graus a l'aire, formant òxid gris o blanc, té una taxa de 0,60 a 1,20 mm per any, vuit vegades més gran, amb descamació i esquinçament greus. En canvi, el tub amb PWHT a 600 graus en una atmosfera inert d'argó no mostra cap òxid significatiu i només té una velocitat de 0,06-0,12 mm/any sense acceleració.

Efecte de la concentració i la temperatura d'àcid oxàlic sobre els factors d'acceleració

El factor d'acceleració de l'aire-PWHT és aproximadament constant en un interval de concentracions i temperatures d'àcid oxàlic. La taxa de soldadura as-en un àcid oxàlic al 5% a 60 graus és de 0,05–0,10 mm/any i la taxa d'aire-PWHT de 600 graus és de 0,20–0,40 mm/any, un factor d'acceleració de 4. La taxa de soldadura as-a un 5% de grau oxàlic i 80,080,080,00 graus mm/any i la taxa de-PWHT de l'aire és de 0,35 a 0,65 mm/any, un factor de 4 de nou. La velocitat-soldada és de 0,15-0,25 mm/any, mentre que la velocitat-PWHT d'aire és de 0,60-1,00 mm/any a un 10% d'àcid oxàlic i 80 graus, encara un factor de 4. La taxa de-soldació és de 0,60-1,00 mm/any i la taxa d'aire5HT és de 353-353}HT. 0,80-1,50 mm per any al 5% d'àcid oxàlic, condicions d'ebullició de 100 graus, a 4x acceleració. El factor constant implica que el PWHT condueix a un estat superficial que fomenta la corrosivitat intrínseca de l'àcid.

Guia de gestió de PWHT per a l'àcid oxàlic

La taula següent ofereix recomanacions per al tractament tèrmic posterior a la-soldada (PWHT) per evitar la corrosió de les esquerdes en àcid oxàlic al 5% a 80 graus en funció de la temperatura PWHT necessària i del control atmosfèric disponible.

Temperatura PWHT requerida Entorn de servei Atmosfera PWHT recomanada després del tractament-PWHT Taxa de corrosió de l'escletxa prevista (mm/any)
Qualsevol àcid oxàlic al 5%, argó a 80 graus (també acceptable el buit) Cap 0,06–0,12
Any 5 % oxalic acid 80 °C Air Pickling (HNO 3 /HF, 10 min) 0.08–0.15 540–600°C Oxalic acid Air (unavoidable) Pickling + electropolishing 0.10-0.18 >600°C Oxalic acid Air Not salvageable-replace tube >0.35
No requereix PWHT Àcid oxàlic N/A Superfície decapada 0,08–0,15
Enginyeria PWHT: més enllà del control de l'atmosfera

La quantitat de dany al PWHT depèn del grau de titani. El grau 7 crea una escala d'òxid comparable, però l'enriquiment del contacte de l'escala-metall amb el pal·ladi ofereix una certa protecció contra la corrosió a-escala, reduint el factor d'acceleració a 2-3 vegades, en lloc de 4 vegades. Hi ha un progrés moderat al grau 12. El gruix de la paret ofereix una tolerància a la corrosió. Una paret de 2,0 mm amb una taxa de corrosió per escletxes de 0,5 mm per any sobreviurà 4 anys. Una operació de decapat amb un 20% d'àcid nítric més un 3% d'àcid fluorhídric durant 5-10 min pot eliminar la capa alfa-i restaurar la resistència a la corrosió a prop de la condició de soldadura. Si el tractament tèrmic posterior a la soldadura a l'aire és inevitable, el tub s'ha de decapar després del tractament tèrmic.

Elaboració d'una especificació informada

Per a un escalfador de funda de titani per al servei en àcid oxàlic al 5% a 80 graus que requereixi un tractament tèrmic post-soldadura, especifiqueu que la PWHT es faci en una atmosfera inert (argó amb oxigen inferior a 50 ppm) o al buit. Si el PWHT a base d'aire-és inevitable, especifiqueu un tractament de decapatge post-PWHT d'un mínim d'àcid nítric + 3% d'àcid fluorhídric a 50 graus durant 10 minuts amb un esbandit a fons amb aigua desionitzada. S'ha de llençar qualsevol tub que mostri òxid blau, morat o gris després del decapat. Els escalfadors existents que hagin estat-PWHT d'aire sense més decapat s'han de netejar químicament amb un 10% d'àcid cítric a 60 graus C durant 2 hores per eliminar les incrustacions soltes i un cupó provat en àcid oxàlic per confirmar la taxa de corrosió. L'augment de quatre vegades de la taxa de corrosió de les esquerdes que es produeix en l'àcid oxàlic al 5% a 80 graus s'evita regulant l'entorn PWHT i proporcionant un post{20}}tractament adequat.