A 90 fokos tengervíz katódos védelmi rendszerben a titán fűtőtestek ki vannak téve a korróziónak és a hidrogén ridegségnek. A hegesztési varrat nagy feszültségkoncentrációjú terület. Mivel-a hegesztett kötések feszültségkoncentrációs tényezője (SCF) 3–5, míg a polírozott hegesztési szárak 1,2 alá csökkentik az SCF-et. A magasabb SCF felerősíti a húzófeszültségeket, elősegítve a hidrogén- által kiváltott repedéseket és a kifáradásos repedés kialakulását. Az SCF polírozással történő csökkentése ötszörösére növeli az élettartamot. A javulás mind a titánhüvelyen, mind a benne lévő ellenálláshuzalon megfigyelhető.

A stressz koncentrációs tényezőjének a fáradtságra gyakorolt ​​hatásának mechanizmusa

A hegesztett kötésben a hegesztési láb bevágásként működik, amely koncentrálja az alkalmazott és a maradó feszültségeket. Az effektív feszültség a hegesztési lábnál σ_max=SCF × σ_nominal. Az SCF-vel=4 készített as-hegesztett kötésnél 50 MPa névleges feszültség 200 MPa helyi feszültséget eredményez, ami megközelíti a 2. fokozatú titán folyáshatárát. Az SCF-vel=1.2 polírozott kötés esetén ugyanaz a névleges feszültség mindössze 60 MPa helyi feszültséget hoz létre. A katódos védelmi rendszerben a titán felületén hidrogénatomok keletkeznek. A húzófeszültség a hidrogént a maximális triaxiális feszültség tartományába vonzza a hegesztési lábnál, ahol a hidridek kicsapódnak és repedések keletkeznek. Az alacsonyabb SCF csökkenti a hidrogén felhalmozódásának hajtóerejét.

A kvantitatív fáradtság élettartama a hegesztési lábujj állapotának függvényében

Ellenőrzött ciklikus terhelési vizsgálat 90 fokos tengervízben, katódos védelemmel -0,85 V-on Ag/AgCl-vel szemben a következő kifáradási élettartamokat állapította meg a 2. fokozatú titán hegesztési kötéseknél. Egy éles bevágással (SCF 4–5) rendelkező as-hegesztett kötés esetén a repedés keletkezésének ciklusa 10 000–30 000, az as{14}}hegesztéshez viszonyított élettartam pedig 1,0. Átlagos geometriájú (SCF 3–4) as-hegesztett kötés esetén a ciklusok 20 000–50 000, a relatív élettartam pedig 1,5. Köszörült sima kötésnél (SCF 1,5–2) a ciklusok 50 000–150 000, a relatív élettartam pedig 3,0. Egy mechanikusan polírozott kötésnél (SCF 1,2–1,5) a ciklusok 80 000–200 000, a relatív élettartam pedig 4,0. Az 1,2 alatti SCF-értékkel elektropolírozott kötésnél a ciklusok 150 000–300 000, a relatív élettartam pedig 5–7-szerese a hegesztett állapotnak.

A katódos védelmi potenciál hatása az SCF érzékenységére

A polírozás haszna növekszik, ahogy a katódos védelmi potenciál negatívabbá válik (védőbb). -0,80 V vs. Ag/AgCl esetén az as-hegesztési élettartam 100 000-200 000 ciklus, a polírozott élettartam 500 000-1 000 000 ciklus, és az élettartam aránya 5. -}} az élettartam aránya 5. 30 000-60 000 ciklus, a polírozási élettartam 150 000-300 000 ciklus, és az arány 5 marad. -0,90 V-on a hegesztési élettartam 10 000-20 000 ciklus, a polírozási élettartam 50 000-09,5, az arány pedig -0,5,09. V, a hegesztett élettartam 5 000–10 000 ciklus, a polírozott élettartam 25 000–50 000 ciklus, az arány pedig 5. A következetes 5-szeres javulás azt jelzi, hogy a polírozás az alapvető feszültségkoncentrációs mechanizmust kezeli, függetlenül az abszolút élettartamtól.

Hegesztési lábujj-kidolgozási útmutató a katódos védelmi szolgáltatáshoz

A következő táblázat a titán fűtőelemek hegesztési szárának befejezésére vonatkozó ajánlásokat tartalmaz 90 fokos tengervizes katódos védelmi rendszerekben, a várható ciklikus élettartamra vonatkozó követelmények alapján.

Mérnöki munka a hegesztési lábujjakon túl

A titán minőség az SCF-től függetlenül befolyásolja a fáradásállóságot. A 7-es fokozat hasonló SCF érzékenységgel rendelkezik, de a palládiumdúsítás miatt nagyobb a belső kifáradási szilárdsága. A falvastagság befolyásolja az adott terhelés névleges feszültségét; egy 2,0 mm-es fal kisebb feszültségű, mint egy 1,0 mm-es fal ugyanazon hajlítónyomaték mellett. A hegesztési varrat alakja számít; a sima átmenet 3 mm-nél nagyobb sugárral jobban csökkenti az SCF-et, mint az önmagában végzett köszörülés. Az utólagos-hegesztési feszültség-mentesítő izzítás 540 fokban 30 percig 60-80%-kal csökkenti a maradék feszültségeket, tovább javítva a kifáradási élettartamot. A hidrogénfejlődés minimalizálása érdekében a katódos védelmi potenciált -0,80 és -0,85 V között kell szabályozni, nem pedig negatívabbra.

Tájékozott specifikáció készítése

For a titanium immersion heater in 90°C seawater cathodic protection service, specify that all weld toes be electropolished to achieve a stress concentration factor below 1.2. Require profilometer measurements to verify that the weld toe radius exceeds 3 mm. For existing heaters with as-welded joints, add a stress relief anneal and grind the weld toes smooth. During operation, inspect the weld area annually using dye penetrant; if cracks are detected, regrind and repolish. By reducing the stress concentration factor from >3-tól<1.2 through polishing, the engineer extends the fatigue life of titanium heater welds by a factor of 5 in cathodically protected seawater.