Cum se modifică metoda de etanșare a capătului tubului (sudură prin rezistență vs. sudare cu laser) pentru un încălzitor cu manta de titan, timpul de incubare pentru fisurarea coroziunii sub presiune în fierbere 40% NaOH?

Fisurarea caustică poate duce la fisurarea prin coroziune sub tensiune (SCC) în încălzitoarele de titan care fierb hidroxid de sodiu (NaOH) 40% la aproximativ 125 de grade. Etanșarea capătului tubului în care firul de rezistență intră în manta este o locație semnificativă a tensiunii reziduale ridicate. Metoda tradițională de etanșare a tecilor de titan este sudarea prin rezistență cu un electrod de carbon care creează o zonă afectată de căldură (HAZ) cu ​​tensiuni reziduale considerabile de tracțiune. Fasciculul concentrat în sudarea cu laser produce un HAZ foarte îngust, stres rezidual scăzut și poluare mică. Timpul de incubare pentru SCC (timp înainte de fisurare) este de 3 până la 5 ori mai mare pentru etanșările sudate cu laser, comparativ cu etanșările sudate prin rezistență.

Mecanismul de incubare a SCC în sigilii sudate în soluție caustică

SCC la fierbere 40% NaOH necesită trei condiții, efort mare de întindere, microstructură susceptibilă și mediu coroziv. Tensiunile reziduale pentru sudarea prin rezistență sunt mai mari (150–250 MPa) decât pentru sudarea cu laser (50–100 MPa). Sudarea prin rezistență are, de asemenea, un HAZ mai mare, cu mai multe defecte la granulație și contaminare cu fier de la electrozii de carbon care servesc ca locuri de inițiere SCC. Sudarea cu laser creează o HAZ curată, îngustă, cu stres rezidual scăzut și fără contaminare de la electrod, întârziind inițierea fisurilor. Fisurarea se propagă transgranular prin zona de sudură odată declanșată.

Timpi cantitativi de incubare SCC pentru diferite procese de sudare

Perioadele de incubare SCC pentru diverse circumstanțe de sudură și post{0}}tratare ale etanșărilor de capăt ale tuburilor de gradul 2 din titan au fost stabilite prin teste controlate la fierbere NaOH 40% la 125 de grade și presiune atmosferică. Perioada de incubare SCC în stare-sudată fără post-tratare este de 800–1.500 de ore pentru sudarea cu laser. Fisurile vor începe la vârful sudării după 500 până la 1.000 de ore, prin urmare acest lucru este acceptabil pentru funcționarea continuă de 3 până la 6 luni. Abordarea recomandată este sudarea cu laser urmată de eliberarea tensiunii la 540 de grade timp de 30 de minute într-un mediu cu argon. Timpul de incubare este extins la 2.000-3.500 de ore, fără crăpare în decurs de 2.000 de ore. În starea convențională de sudare, perioada de incubare pentru sudarea prin rezistență este de doar 200-400 de ore, iar fisurile încep din locurile de contact cu electrozii, ceea ce nu este potrivit pentru serviciul continuu. Pentru sudarea prin rezistență și atenuarea ulterioară a tensiunilor, timpul de incubare este crescut la 500-800 de ore, ceea ce este mai bun, dar totuși mai mic decât sudarea cu laser. În cazul sudării prin rezistență cu detensionare și decapare, durata de incubație crește la 600-1000 ore. Decaparea îndepărtează contaminarea cu fier de suprafață.

Efectul concentrației NaOH și al temperaturii asupra raportului timpului de incubare

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. Sudarea cu laser: 800–1.500 ore Sudarea cu rezistență: 200–400 ore Raport: 4 40% NaOH, 125 grade Sudarea cu laser la 50% NaOH, 140 grade C oferă 300-600 ore. Sudarea cu rezistență oferă 80-150 de ore, de asemenea, un raport de 4. Pentru sudarea cu laser la 60% NaOH și 155 grade, sudarea prin rezistență produce 30-60 de ore, sudarea cu laser 100-250 de ore, din nou un raport de 4:1. Raportul este foarte stabil, arătând că sudarea cu laser oferă o creștere fundamentală a rezistenței SCC, indiferent de severitatea caustică.

Ghid pentru selectarea proceselor de etanșare a capătului tubului pentru service caustic

Tabelul de mai jos arată selecția metodei recomandate de etanșare a capătului tubului pentru încălzitoarele cu manta de titan în serviciu cu hidroxid de sodiu la fierbere, în funcție de durata de viață dorită și de concentrația caustică.

Durata de viață dorită Concentrația de NaOH (%) Metodă de etanșare recomandată Post-Timp de incubare pentru tratarea sudurii (ore) SCC estimat 2 ani 30 Sudarea cu laser Eliberarea tensiunii > 5.000
1–2 ani 40 Sudare cu laser Reducere a tensiunii 2.000–3.500
6–12 luni 40 Sudare cu laser Niciuna 800–1.500
3-6 luni 40 Sudare prin rezistență Detensionare + decapare 600-1.000
<3 months 40 Resistance welding Nil 200-400
Inginerie mai mult decât alegerea metodei de sudare

Calitatea de titan influențează rezistența SCC independent de procedura de sudare. Gradul 7 (stabilizat cu paladiu) demonstrează perioade de incubație de 3-5 ori mai lungi decât gradul 2 pentru ambele procese de sudare, datorită îmbogățirii cu paladiu la granițele granulelor. Grosimea peretelui nu oprește pornirea SCC, ci îi încetinește creșterea. Un perete de 2,0-mm cu fisuri SCC poate dura de 2-3 ori mai mult înainte de perforare decât un perete de 1,2 mm. Forma capătului tubului este importantă, concentrația tensiunii este redusă printr-o tranziție lină de la etanșare la tub. Sudarea cu laser creează un profil de sudură mai uniform, cu mai puține decupări. Durata de incubare este mult crescută prin recoacere post-sudare la 540 de grade timp de 30 de minute, ceea ce reduce stresul rezidual cu 60-80% pentru ambele proceduri.

Specificații bine informate

Toate garniturile de la capătul tubului trebuie să fie sudate cu laser. Încălzitor cu manta de titan pentru serviciu de fierbere NaOH 40% la 125 de grade. Reducerea tensiunii după sudare la 540 de grade timp de 30 de minute în atmosferă de argon, urmată de decapare în acid azotic 20% + 3% acid fluorhidric timp de 5 minute pentru a îndepărta orice contaminare de suprafață. Dacă sudarea cu laser nu este accesibilă, atunci menționați sudarea prin rezistență cu eliberare de stres și decapare, dar acceptați o durată de viață mai scurtă. Respingeți orice sudură cu contaminanți evidenti, stropire sau decupări. În timpul funcționării, verificați periodic etanșările de la capătul tubului folosind un penetrant colorant. Dacă se găsesc fisuri, scoateți imediat încălzitorul din funcțiune. Inginerul a folosit sudarea cu laser în loc de sudarea prin rezistență și astfel a mărit perioada de incubare SCC cu un factor de 4, permițând o performanță constantă la fierbere cu hidroxid de sodiu 40%.