Hvorfor virker en titanium-dyppevarmer med en poleret svejsetå (spændingskoncentrationsfaktor<1.2) Outlast an As-Welded Joint (SCF >3) med en faktor på 5 i et 90 graders havvand katodisk beskyttelsessystem?

Titaniumvarmere i et 90 graders havvands katodisk beskyttelsessystem blev angrebet af korrosion og brintskørhed. Svejsetåen er et område med høj belastningskoncentration. SCF for as-svejsede samlinger er 3-5 og for polerede svejsetæer er under 1,2. Den større SCF fører til øgede trækspændinger og dermed øget brint-induceret revnedannelse og udmattelsesrevnestart. Polering for at reducere SCF øger levetiden med en faktor på 5. Forbedringen ses i titaniumkappen og modstandstråden indeni.

Stresskoncentrationsfaktorens rolle i træthedslivet

En svejset samling er et hak, hvor svejsetåen koncentrerer de påførte og resterende spændinger. Svejsetåspændingen er givet ved σ_max=SCF gange σ_nominal. Med en SCF på 4 for en som-svejset samling giver en nominel spænding på 50 MPa en lokal spænding på 200 MPa, tæt på flydespændingen for grad 2 titanium. Med SCF=1.2 for en poleret samling giver den samme nominelle spænding en lokal spænding på kun 60 MPa. I et katodisk beskyttelsessystem dannes brintatomer på overfladen af ​​titanium. Trækspændingen trækker brinten til positionen for den maksimale triaksiale spænding ved svejsetåen, hvor hydriderne udfældes og revnerne påbegyndes. Lavere SCF reducerer drivkraften til brintakkumulering.

Træthedslevetid som funktion af svejsetåens tilstand, kvantitativ

Udmattelseslevetider for grad 2 titanium svejsesamlinger er opnået fra kontrollerede cykliske belastningstest i 90 graders havvand med katodisk beskyttelse ved -0,85 V vs. Ag/AgCl. Levetiden i forhold til as-svejset for en som-svejset samling med et skarpt hak (SCF 4-5) er 10.000-30.000 cyklusser til revnestart. For den svejste samling med gennemsnitlig geometri (SCF 3-4) er cyklusserne 20.000-50.000, og den relative levetid er 1,5. Glat fugeslebet (SCF 1,5-2) 50.000-150,000 3.0 For en fuge, der er mekanisk poleret (SCF 1.2-1.5) er cyklusserne 80.000-200.000, og den relative levetid er 4,0. For den elektropolerede samling med SCF mindre end 1,2 er cyklusserne 150.000-300.000, og den relative levetid er 5-7 gange den svejste tilstand.

Effekt af katodisk beskyttelsespotentiale på SCF-følsomhed

Fordelen ved polering øges med mere negativt katodisk beskyttelsespotentiale (mere beskyttende). Da-svejset levetid er 100.000-200.000 cyklusser. Den polerede levetid er 500.000-1.000.000 cyklusser. Levetidsforholdet er 5 ved -0,80 V vs. Ag/AgCl. Ved -0,85 V har den svejsede en levetid på 30.000-60.000 cyklusser, den polerede har en levetid på 150.000-300.000 cyklusser, og forholdet er stadig 5. Levetiden ved -0,90 V er 10.000-20 s. 50.000-100.000 cyklusser, og forholdet er 5. Den svejsede levetid ved -0,95 V er 5.000-10.000 cyklusser, poleret levetid er 25.000-50.000 cyklusser, og forholdet er 5. Den 5x konsekvente forbedring af svejsningen demonstrerer, at mekanismen til den absolutte polering tackler den absolutte spændingsmekanisme.

Svejsetåforbindingsvejledning til katodiske beskyttelsestjenester

Tabellen nedenfor giver anbefalinger til svejsetåfinish til titaniumvarmere i 90 graders havvands katodiske beskyttelsessystemer baseret på forventede cykliske levetidskrav.

Forventede cyklusser over levetid påkrævet SCF anbefalet svejsetåfinish Forventet træthedslevetid (cyklusser) i forhold til As-Svejset<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

Træthedsmodstanden påvirkes af titaniumkvalitet uafhængigt af SCF. Grad 7 er på samme måde følsom over for SCF, men har højere iboende træthedsstyrke på grund af palladiumberigelse. For en given belastning er den nominelle spænding afhængig af vægtykkelsen. En væg på 2,0 mm giver en lavere spænding end en væg på 1,0 mm for samme bøjningsmoment. Formen på svejsearmeringen skal tages i betragtning. En jævn overgang (radius > 3 mm) reducerer SCF mere end kun slibning. Efter{10}}afspændingsudglødning ved 540 grader i 30 minutter reducerer de resterende belastninger med 60-80 % og forbedrer udmattelseslevetiden markant. Det katodiske beskyttelsespotentiale bør justeres til -0,80 til -0,85 V, men ikke mere negativt for at minimere brintudvikling.

At skrive en informeret specifikation

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