De ce are un încălzitor cu imersie din titan cu un vârf de sudură lustruit (factor de concentrare a stresului)<1.2) Outlast an As-Welded Joint (SCF >3) cu un factor de 5 într-un sistem de protecție catodic cu apă de mare de 90 de grade?

Încălzitoarele din titan într-un sistem de protecție catodică cu apă de mare de 90 de grade au fost atacate de coroziune și fragilizarea hidrogenului. Degetul sudat este o zonă cu concentrare ridicată a stresului. SCF-ul îmbinărilor as-sudate este de 3-5, iar al vârfurilor sudate lustruite este sub 1,2. SCF mai mare duce la tensiuni de tracțiune crescute și, prin urmare, la creșterea fisurilor induse de hidrogen și la inițierea fisurilor de oboseală. Lustruirea pentru a reduce SCF crește durata de viață cu un factor de 5. Îmbunătățirea se vede în mantaua de titan și firul de rezistență din interior.

Rolul factorului de concentrare a stresului în viața la oboseală

O îmbinare sudată este o crestătură în care vârful sudat concentrează tensiunile aplicate și reziduale. Tensiunea la vârful sudării este dată de σ_max=SCF ori σ_nominal. Cu un SCF de 4 pentru o îmbinare ca-sudată, o solicitare nominală de 50 MPa produce o solicitare locală de 200 MPa, apropiată de limita de curgere a titanului de gradul 2. Cu SCF=1.2 pentru o îmbinare lustruită, aceeași tensiune nominală produce o tensiune locală de doar 60 MPa. Într-un sistem de protecție catodică, atomii de hidrogen sunt creați pe suprafața titanului. Tensiunea de tracțiune atrage hidrogenul în poziția de efort triaxial maxim la vârful de sudură, unde hidrurile precipită și sunt inițiate fisurile. SCF mai mic reduce forța motrice pentru acumularea de hidrogen.

Durata de viață la oboseală în funcție de starea vârfului sudură, cantitativă

Duratele de viață la oboseală ale îmbinărilor de sudură din titan de gradul 2 au fost obținute din teste de încărcare ciclică controlată în apă de mare la 90 de grade cu protecție catodică la -0,85 V față de Ag/AgCl. Durata de viață relativă la-sudată pentru o îmbinare ca-sudată cu o crestătură ascuțită (SCF 4-5) este de 10.000-30.000 de cicluri până la începerea fisurii. Pentru îmbinarea as-sudată cu geometrie medie (SCF 3-4), ciclurile sunt 20.000-50.000 și durata de viață relativă este de 1,5. Îmbinare netedă șlefuită (SCF 1.5-2) 50.000-150,000 3.0 Pentru o îmbinare lustruită mecanic (SCF 1.2-1.5) ciclurile sunt 80.000-200.000 și durata de viață relativă este 4,0. Pentru îmbinarea electrolustruită cu SCF mai mică de 1,2, ciclurile sunt de 150.000-300.000, iar durata de viață relativă este de 5-7 ori mai mare decât starea sudată.

Efectul potențialului de protecție catodică asupra sensibilității SCF

Avantajul lustruirii crește cu potențialul de protecție catodic mai negativ (mai protector). Cum-durata de viață sudată este de 100.000-200.000 de cicluri. Durata de viață lustruită este de 500.000-1.000.000 de cicluri. Raportul de viață este 5 la -0,80 V față de Ag/AgCl. La -0,85 V, cel sudat are o durată de viață de 30.000-60.000 de cicluri, cel lustruit are o durată de viață de 150.000-300.000 de cicluri, iar raportul este încă 5. Durata de viață ca sudură la -0,90 V este de 10.000-20.000 de cicluri, cea lustruită este de 10.000-20.000 de cicluri. 50.000-100.000 de cicluri, iar raportul este de 5. Durata de viață sudată la -0,95 V este de 5.000–10.000 de cicluri, durata de viață a șlefuirii este de 25.000–50.000 de cicluri și raportul este de 5. Îmbunătățirea constantă de 5 ori demonstrează că lustruirea elimină cauza absolută a stresului de viață.

Ghid de îmbrăcăminte pentru degetele de la sudură pentru serviciile de protecție catodică

Tabelul de mai jos oferă recomandări pentru finisarea vârfurilor de sudură pentru încălzitoarele de titan în sisteme de protecție catodică cu apă de mare de 90 de grade, bazate pe cerințele de viață ciclice așteptate.

Cicluri așteptate peste durata de viață SCF necesară Finisarea vârfului de sudură recomandată Durata de viață estimată la oboseală (cicluri) în raport cu -Sudată<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

Rezistența la oboseală este afectată de gradul de titan independent de SCF. Gradul 7 este la fel de sensibil la SCF, dar are o rezistență intrinsecă la oboseală mai mare datorită îmbogățirii cu paladiu. Pentru o sarcină dată, solicitarea nominală depinde de grosimea peretelui. Un perete de 2,0 mm oferă o solicitare mai mică decât un perete de 1,0 mm pentru același moment de încovoiere. Trebuie luată în considerare forma armăturii de sudură. O tranziție lină (rază > 3 mm) reduce SCF mai mult decât șlefuirea. Recoacere post-de reducere a tensiunii la sudare la 540 de grade timp de 30 de minute reduce deformarile reziduale cu 60-80% și îmbunătățește semnificativ durata de viață la oboseală. Potențialul de protecție catodică ar trebui ajustat la -0,80 până la -0,85 V, dar nu mai negativ pentru a minimiza degajarea de hidrogen.

Redactarea unui caiet de sarcini informat

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