90 grādu jūras ūdens katoda aizsardzības sistēmā titāna sildītāji ir pakļauti gan korozijai, gan ūdeņraža trauslumam. Metinātā šuve ir reģions ar augstu sprieguma koncentrāciju. Tā kā -metināto savienojumu sprieguma koncentrācijas koeficients (SCF) ir 3–5, savukārt pulēti metinātie uzgaļi samazina SCF līdz 1,2. Augstāks SCF pastiprina stiepes spriegumus, veicinot ūdeņraža -izraisītu plaisāšanu un noguruma plaisu rašanos. SCF samazināšana ar pulēšanu pagarina kalpošanas laiku par 5 reizēm. Uzlabojums ir vērojams gan titāna apvalkā, gan pretestības stieplē.

Stresa koncentrācijas faktora ietekmes uz noguruma dzīvi mehānisms

Metinātā savienojumā metinātā daļa darbojas kā iecirtums, kas koncentrē pielietotos un atlikušos spriegumus. Efektīvais spriegums pie metināšanas uzmavas ir σ_max=SCF × σ_nominal. Metinātajam savienojumam ar SCF=4 50 MPa nominālais spriegums rada 200 MPa lokālo spriegumu, kas tuvojas 2. pakāpes titāna tecēšanas robežai. Pulētam savienojumam ar SCF=1.2 tāds pats nominālais spriegums rada tikai 60 MPa lokālo spriegumu. Katodiskās aizsardzības sistēmā uz titāna virsmas tiek ģenerēti ūdeņraža atomi. Stiepes spriegums ievelk ūdeņradi uz maksimālā triaksiālā sprieguma apgabalu pie metināšanas pirksta, kur nogulsnējas hidrīdi un sākas plaisas. Zemāks SCF samazina ūdeņraža uzkrāšanās dzinējspēku.

Kvantitatīvā noguruma dzīves ilgums kā metinātā pirksta stāvokļa funkcija

Kontrolēta cikliskā slodzes pārbaude 90 grādu jūras ūdenī ar katodaizsardzību pie -0,85 V pret Ag/AgCl ir noteikusi šādus noguruma mūžus 2. pakāpes titāna metinātajiem savienojumiem. A Metinātajam savienojumam ar vidējo ģeometriju (SCF 3–4) cikli ir 20 000–50 000, un relatīvais kalpošanas laiks ir 1,5. Gludai noslīpētai šuvei (SCF 1,5–2) cikli ir 50 000–150 000, un relatīvais kalpošanas laiks ir 3,0. Mehāniski pulētam savienojumam (SCF 1,2–1,5) cikli ir 80 000–200 000, un relatīvais kalpošanas laiks ir 4,0. Elektropulētam savienojumam ar SCF zem 1,2 cikli ir 150 000–300 000, un relatīvais kalpošanas laiks ir 5–7 reizes lielāks par metinātā stāvokļa.

Katodiskās aizsardzības potenciāla ietekme uz SCF jutīgumu

Pulēšanas priekšrocības palielinās, kad katoda aizsardzības potenciāls kļūst negatīvāks (vairāk aizsargājošs). Pie -0,80 V pret Ag/AgCl metinātais kalpošanas laiks ir 100 000–200 000 ciklu, pulētais kalpošanas laiks ir 500 000–1 000 000 ciklu, un kalpošanas laiks ir 5. Pie -}, kā{53, 0,8 kalpošanas laiks ir 0,8. 30 000–60 000 ciklu, pulēšanas kalpošanas laiks ir 150 000–300 000 ciklu, un attiecība paliek 5. Pie -0,90 V metināšanas ilgums ir 10 000–20 000 ciklu, pulēšanas ilgums ir 50 000–09,5 cikli, un attiecība ir .09, 5,5. V, metinātais kalpošanas laiks ir 5 000–10 000 ciklu, pulētais kalpošanas laiks ir 25 000–50 000 ciklu, un attiecība ir 5. Konsekventais 5 × uzlabojums norāda, ka pulēšana attiecas uz pamata sprieguma koncentrācijas mehānismu neatkarīgi no absolūtā kalpošanas laika.

Metināto pirkstu apdares rokasgrāmata katoda aizsardzības dienestam

Nākamajā tabulā sniegti ieteikumi metināto purngalu apdarei titāna sildītājiem 90 grādu jūras ūdens katodiskās aizsardzības sistēmās, pamatojoties uz paredzamajām cikliskā kalpošanas laika prasībām.

Inženierzinātnes ārpus metināšanas purngala apdares

Titāna klase ietekmē noguruma izturību neatkarīgi no SCF. 7. pakāpei ir līdzīga SCF jutība, bet augstāka iekšējā noguruma izturība palādija bagātināšanas dēļ. Sienas biezums ietekmē nominālo spriegumu noteiktai slodzei; 2,0 mm sienai ir mazāks spriegums nekā 1,0 mm sienai ar tādu pašu lieces momentu. Metinātās stiegrojuma formai ir nozīme; vienmērīga pāreja ar rādiusu, kas lielāks par 3 mm, samazina SCF vairāk nekā tikai slīpēšana. Pēc-metinājuma spriedzes samazināšanas atkvēlināšana 540 grādos 30 minūtes samazina atlikušos spriegumus par 60–80%, vēl vairāk uzlabojot noguruma kalpošanas laiku. Lai samazinātu ūdeņraža izdalīšanos, katoda aizsardzības potenciāls jākontrolē līdz -0,80 līdz -0,85 V, nevis vairāk negatīvs.

Apzinātas specifikācijas izveide

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 līdz<1.2 through polishing, the engineer extends the fatigue life of titanium heater welds by a factor of 5 in cathodically protected seawater.