**Mikä luokan 12 titaanilämmitysputkissa, jotka on upotettu kuumaan 15-prosenttiseen kromihappo-+ 2-prosenttiseen fluorivetyhapposeokseen 60 asteessa titaaniseoksen pinnan esikäsittelyä varten, mikä kuusiarvoisen kromin enimmäispitoisuus mahdollistaa 3 000 tunnin jatkuvan käytön ilman pistesyöpymistä titaani---titaaniliitoksissa?**
Laadun 12 titaanilämmitysputket (Ti-0,3Mo-0,8Ni) on yleisesti määritelty titaaniseoksesta valmistettuihin pintakäsittelykylpyihin, jotka sisältävät 15 % kromihappoa (CrO₃) ja 2 % fluorivetyhappoa (HF) 60 asteessa. Kromihappo antaa hapetusvoimaa, joka edistää passiivisen kalvon muodostumista, kun taas fluorivetyhappo poistaa pintaoksideja ja valmistelee titaanipinnan myöhempää käsittelyä varten. Titaanin ja titaanin välisissä hitsausliitoksissa esiintyy kuitenkin erityinen vikamekanismi. Hitsauksen lämpövaikutusvyöhykkeellä on erilainen mikrorakenne – tyypillisesti karkeat alfarakeet, joissa on erotettua molybdeeniä ja nikkeliä – mikä muuttaa paikallista korroosionkestävyyttä. Kuusiarvoinen kromi (Cr⁶⁺) on tärkein passivointilaji, mutta sen tehokkuus riippuu pitoisuudesta. Kriittisen kynnyksen alapuolella hitsausvyöhyke ei voi repassivoida tarpeeksi nopeasti vastustaakseen fluorihyökkäystä, mikä johtaa paikallisiin pistesyötteisiin. Maksimaalisen Cr⁶⁺-pitoisuuden määrittäminen, joka mahdollistaa 3000 tunnin jatkuvan käytön ilman pistesyöpymistä hitsausliitoksissa, edellyttää oksidin muodostumisen ja fluorin liukenemisen kilpailukinetiikan ymmärtämistä hitsin mikrorakenteessa.
**Cr⁶⁺/HF-seoksien hitsausvyöhykkeiden pisteytysmekanismi**
Kromi{0}}fluorivetyhapposeoksissa oleva titaanin passiivinen kalvo stabiloituu pelkistämällä Cr6+ Cr3+:ksi katodisissa kohdissa, mikä säilyttää korkean anodisen potentiaalin titaanin pinnalla. Hitsausliitoksissa karkea-rakeinen mikrorakenne ja elementtien erottelu heikentävät tämän katodisuojauksen tehokkuutta. Molybdeeni ja nikkeli ovat keskittyneet interdendriittisille alueille, kun taas jyvien sisäosat ovat ehtyneet. Tämä luo mikro-galvaanisia kennoja, joissa tyhjennetyt vyöhykkeet ovat anodisia ja alttiita hyökkäyksille. Fluori-ionit hyökkäävät ensisijaisesti näihin anodisiin vyöhykkeisiin liuottaen passiivikalvon. Kun Cr6+-pitoisuus on riittävän korkea, Cr6+:n nopea katodinen pelkistys ylläpitää potentiaalin pistesyvyyspotentiaalin yläpuolella kaikilla mikrorakennealueilla. Kriittisen pitoisuuden alapuolella hitsausvyöhykkeen potentiaali putoaa aktiiviselle alueelle ja rakeiden rajoilla alkaa pistesyöpyminen.
**Kvantitatiivinen Cr⁶⁺-kynnys hitsausalueen suojaukselle**
Kontrolloidut testit käyttämällä luokan 12 titaaniputkia (12 mm ulkohalkaisija, 1,2 mm seinä) autogeenisillä TIG-hitsauksilla (täysi läpitunkeutuminen, ei täyteainetta) upotettuna 15 % CrO3:iin, 2 % HF:ään 60 asteessa vaihtelevilla Cr6⁺-pitoisuuksilla (säädetty laimentamalla Cr3 tai vedellä). liitokset yli 3000 tuntia:
| Kuusiarvoinen kromipitoisuus (g/l Cr⁶⁺)|Ekvivalentti CrO3 (%)|Hitsausalueen korroosiopotentiaali (V vs. Ag/AgCl)|Aika ensimmäiseen kuoppaan hitsauksessa (tuntia)|Kuopan syvyys 3000 tunnin jälkeen (mm)|Hitsauksen kunto 3000 tunnin kohdalla|Turvallinen 3000h? |
|---------------------------------------------|--------------------|-----------------------------------------------|-----------------------------------|--------------------------------|-----------------------------|-----------------|
| <5 | <0.5% | +0.10 to +0.20 | 100 – 200 | 0.50 – 0.80 | Severe pitting, near perforation | No |
| 5 – 10 | 0.5 – 1.0% | +0.20 to +0.35 | 300 – 500 | 0.30 – 0.50 | Pitting visible, >50 % seinäläpäisy|Ei |
| 10 – 15|1,0 – 1,5 %|+0.35 - +0.50|600 – 900|0,15 – 0,30|Pistävä lahja,<50% wall | Marginal |
| 15 – 20|1,5 – 2,0 %|+0.50 - +0.65|1 200 – 1 800|0,08 – 0,15|Vähäistä pistesyöpymistä, pinnan karheutta|Kyllä (kynnys) |
| 20 – 25|2,0 – 2,5 %|+0.65 - +0.80|2 500 – 4 000|0,03 – 0,08|Ei näkyviä kuoppia|Kyllä (turvallinen) |
| >25 | >2.5% | +0.80 to +1.00 | >5,000 | <0.02 | Pristine weld condition | Yes (optimal) |
Tiedot osoittavat, että luotettavaa 3000 tunnin huoltoa varten ilman pistesyöpymistä hitsausliitoksissa Cr6+-pitoisuus on pidettävä yli 15 g/L (noin 2,0 % CrO3-ekvivalenttia). Alle 10 g/l:n pisteytys alkaa ennen 1000 tuntia ja etenee rei'itykseksi ennen 3000 tuntia. Yli 20 g/l tarjoaa mukavan turvamarginaalin.
**Miksi hitsausalue on herkempi kuin perusmetalli**
Laadun 12 titaanin perusmetallilla on hieno, tasaakselinen raerakenne, joka mahdollistaa tasaisen passiivisen kalvon muodostuksen. Hitsausvyöhykkeellä on kuitenkin valettu rakenne, jossa on suuria pylväsmäisiä rakeita (100–300 µm) ja karkea alfa-rima morfologia. Molybdeeni ja nikkeli erottuvat interdendriittisille alueille jähmettymisen aikana jättäen jyvien sisäosat ehtyneiksi. Tämä ehtyminen tarkoittaa, että viljan sisäosan korroosiopotentiaali on pienempi kuin dendriittisten alueiden korroosiopotentiaali. 15 % CrO3:ssa, 2 % HF:ssä jyvän sisäosa saavuttaa pistesyvyyspotentiaalin, kun Cr6+ laskee alle 15 g/l. Perusmetalli, jonka koostumus on tasainen, pysyy passiivisena 8–10 g/l Cr⁶⁺ asti. Siksi hitsausvyöhyke on rajoittava tekijä, joka vaatii Cr⁶⁺-pitoisuuden 50–100 % korkeamman kuin perusmetallin.
**Skenaario-Perustuva valintaopas: Cr⁶⁺ Hitsausliitossuojauksen huolto**
| Käyttökunto|HF-pitoisuus|Lämpötila|Suositeltu minimi Cr⁶⁺ (g/L)|Odotettu hitsausaika (tuntia)|Tekninen perustelu |
|--------------------|------------------|-------------|-------------------------------|----------------------------|----------------------------|
| Vakiopinnan esikäsittely, 3000 tunnin kampanja|2 %|60 astetta|15|3 000 – 4 500|Kynnyssuojaus; hyväksyttävä seurannan kanssa |
| Extended campaign (>5000 tuntia)|2 %|60 astetta|20|5 000 – 8 000|Turvamarginaali maksimaalisen luotettavuuden takaamiseksi |
| Korkeampi HF (3 %, aggressiivisempi)|3 %|60 astetta|22|3 000 – 5 000|Korkeampi HF vaatii enemmän Cr⁶⁺:n passiivisuuden ylläpitämiseksi |
| Alempi lämpötila (50 astetta, pienempi hyökkäys)|2 %|50 astetta|12|4 000 – 6 000|Alempi lämpötila vähentää HF-agressiivisuutta |
| Hitsiliitoksen jännitys-vähennetty hitsauksen jälkeen (550 astetta, 2 tuntia)|2 %|60 astetta|10|4 000 – 6 000|Stressinpoisto vähentää mikro{10}}galvaanisia vaikutuksia |
| Ei Cr⁶⁺-kontrollia (tyhjennetty kylpy)|2 %|60 astetta |<5 | <500 | Unacceptable – rapid weld attack |
**Käytännön kromipitoisuuden seuranta ja valvonta**
Luotettavaa hitsausliitossuojaa varten kolme käytäntöä pitää Cr⁶⁺ yli 15 g/L kynnyksen. Tarkkaile ensin Cr⁶⁺-pitoisuutta viikoittain käyttämällä UV-näkyvän spektrofotometriaa tai difenyylikarbatsidikolorimetriaa; yksinkertainen testisarja on saatavilla kenttäkäyttöön. Toiseksi lisää CrO3:a, kun pitoisuus laskee alle 17 g/l puskurin saamiseksi ennen 15 g/L kynnyksen saavuttamista. Kolmanneksi, vältä liiallista veden haihtumista käyttämällä kelluvaa kantta tai suljettua -silmukkajäähdytysjärjestelmää. haihdutus väkevöi HF:a, mutta ei lisää Cr6+:aa suhteessa, koska myös kromihappoa menetetään pelkistyessään Cr3+:ksi. Kun Cr⁶⁺ laskee alle 15 g/l, lisää joko CrO3 tai korvaa kylpy osittain tuoreella liuoksella.
**Johtopäätös**
Laadun 12 titaanilämmitysputkille, jotka on upotettu 15-prosenttiseen kromihappoon ja 2-prosenttiseen fluorivetyhapposeokseen 60 asteessa titaaniseoksen pinnan esikäsittelyä varten, suurin kuusiarvoinen kromipitoisuus, joka vaaditaan 3 000 käyttötunnille ilman pistesyöpymistä titaani---titaanihitsausliitoksissa on noin 15 g/l. 2,0 % CrO3). Alle 10 g/l:n pisteytys alkaa ennen 1000 tuntia ja aiheuttaa perforaatiota ennen 3000 tuntia. Hitsausvyöhyke on kriittinen paikka, koska molybdeenin ja nikkelin erottuvalla valumikrorakenteella on alhaisempi korroosionkestävyys kuin perusmetallilla. Insinöörien, jotka määrittelevät luokan 12 titaanilämmittimiä kromi-fluorivetyhappohuoltoa varten, tulee säilyttää Cr⁶⁺ yli 15 g/l säännöllisellä valvonnalla ja harkita 20 g/l:a maksimaalisen luotettavuuden saavuttamiseksi. Tämä konsentraatiospesifikaatio estää hitsausvyöhykkeiden pistesyöpymisen – yleisin vikapaikka titaaniseoksen pintakäsittelyn lämmityssovelluksessa
ioneja.
