पॉलिश वेल्ड टो (तनाव एकाग्रता कारक) के साथ टाइटेनियम विसर्जन हीटर क्यों होता है?<1.2) Outlast An As-Welded Joint (SCF >3) 90 डिग्री समुद्री जल कैथोडिक संरक्षण प्रणाली में 5 के कारक द्वारा?
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90 डिग्री समुद्री जल कैथोडिक सुरक्षा प्रणाली में, टाइटेनियम हीटर संक्षारक हमले और हाइड्रोजन उत्सर्जन दोनों के अधीन हैं। वेल्ड टो उच्च तनाव सांद्रता का क्षेत्र है। चूंकि -वेल्डेड जोड़ों में तनाव एकाग्रता कारक (एससीएफ) 3-5 होता है, जबकि पॉलिश किए गए वेल्ड टो एससीएफ को 1.2 से कम कर देते हैं। उच्च एससीएफ तन्य तनाव को बढ़ाता है, जिससे हाइड्रोजन प्रेरित क्रैकिंग और थकान दरार की शुरुआत को बढ़ावा मिलता है। पॉलिशिंग द्वारा एससीएफ को कम करने से सेवा जीवन 5 गुना बढ़ जाता है। टाइटेनियम शीथ और उसके भीतर प्रतिरोध तार दोनों में सुधार देखा गया है।
थकान जीवन पर तनाव एकाग्रता कारक प्रभाव का तंत्र
वेल्डेड जोड़ में, वेल्ड टो एक पायदान के रूप में कार्य करता है जो लागू और अवशिष्ट तनाव को केंद्रित करता है। वेल्ड टो पर प्रभावी तनाव σ_max=SCF × σ_नाममात्र है। एससीएफ=4 के साथ एएस {5}वेल्डेड जोड़ के लिए, 50 एमपीए का नाममात्र तनाव 200 एमपीए का स्थानीय तनाव पैदा करता है, जो ग्रेड 2 टाइटेनियम की उपज ताकत के करीब पहुंचता है। एससीएफ=1.2 के साथ एक पॉलिश किए गए जोड़ के लिए, समान नाममात्र तनाव केवल 60 एमपीए का स्थानीय तनाव पैदा करता है। कैथोडिक सुरक्षा प्रणाली में, टाइटेनियम सतह पर हाइड्रोजन परमाणु उत्पन्न होते हैं। तन्य तनाव हाइड्रोजन को वेल्ड टो पर अधिकतम त्रिअक्षीय तनाव के क्षेत्र में खींचता है, जहां हाइड्राइड अवक्षेपित होते हैं और दरारें शुरू होती हैं। निचला एससीएफ हाइड्रोजन संचय के लिए प्रेरक शक्ति को कम कर देता है।
वेल्ड टो स्थिति के एक कार्य के रूप में मात्रात्मक थकान जीवन
0.85 V बनाम Ag/AgCl पर कैथोडिक सुरक्षा के साथ 90 डिग्री समुद्री जल में नियंत्रित चक्रीय लोडिंग परीक्षण ने ग्रेड 2 टाइटेनियम वेल्ड जोड़ों के लिए निम्नलिखित थकान जीवन स्थापित किया है। तीक्ष्ण पायदान (एससीएफ 4-5) के साथ एएस- वेल्डेड जोड़ के लिए, दरार शुरू करने का चक्र 10,000-30,000 है, और एएस {{14} वेल्डेड के सापेक्ष जीवन 1.0 है। औसत ज्यामिति (एससीएफ 3-4) के साथ एक -वेल्डेड जोड़ के लिए, चक्र 20,000-50,000 हैं, और सापेक्ष जीवन 1.5 है। ज़मीन के चिकने जोड़ (एससीएफ 1.5-2) के लिए, चक्र 50,000-150,000 हैं, और सापेक्ष जीवन 3.0 है। यांत्रिक रूप से पॉलिश किए गए जोड़ (एससीएफ 1.2-1.5) के लिए, चक्र 80,000-200,000 हैं, और सापेक्ष जीवन 4.0 है। 1.2 से नीचे एससीएफ के साथ एक इलेक्ट्रोपॉलिश जोड़ के लिए, चक्र 150,000-300,000 हैं, और सापेक्ष जीवन एज़-वेल्डेड स्थिति का 5-7 गुना है।
एससीएफ संवेदनशीलता पर कैथोडिक संरक्षण क्षमता का प्रभाव
पॉलिशिंग का लाभ बढ़ जाता है क्योंकि कैथोडिक सुरक्षा क्षमता अधिक नकारात्मक (अधिक सुरक्षात्मक) हो जाती है। -0.80 V बनाम Ag/AgCl पर, as{15}वेल्ड जीवन 100,000-200,000 चक्र है, पॉलिश जीवन 500,000-1,000,000 चक्र है, और जीवन अनुपात 5 है। -0.85 V पर, as{37}}वेल्ड जीवन है 30,000-60,000 चक्र, पॉलिश जीवन 150,000-300,000 चक्र है, और अनुपात 5 रहता है। -0.90 वी पर, वेल्डेड जीवन 10,000-20,000 चक्र है, पॉलिश जीवन 50,000-100,000 चक्र है, और अनुपात 5 है। -0.95 वी पर, वेल्डेड जीवन 5,000-10,000 चक्र है, पॉलिश जीवन 25,000-50,000 चक्र है, और अनुपात 5 है। लगातार 5× सुधार इंगित करता है कि पॉलिशिंग पूर्ण जीवन से स्वतंत्र मौलिक तनाव एकाग्रता तंत्र को संबोधित करती है।
कैथोडिक सुरक्षा सेवा के लिए वेल्ड टो फ़िनिशिंग गाइड
निम्नलिखित तालिका अपेक्षित चक्रीय जीवन आवश्यकताओं के आधार पर, 90 डिग्री समुद्री जल कैथोडिक सुरक्षा प्रणालियों में टाइटेनियम हीटरों के लिए वेल्ड टो फिनिशिंग के लिए सिफारिशें प्रदान करती है।
| सेवा जीवन पर अपेक्षित चक्र | आवश्यक एससीएफ | अनुशंसित वेल्ड टो फ़िनिश | अपेक्षित थकान जीवन (चक्र) | जैसा कि -वेल्डेड के सापेक्ष |
|---|---|---|---|---|
| <10,000 | <4 | जैसा कि -वेल्डेड (कोई भी) | 10,000–30,000 | 1× |
| 10,000–50,000 | <3 | जैसा कि -वेल्डेड (चिकना) | 20,000–50,000 | 1.5× |
| 50,000–150,000 | <2 | ज़मीन चिकनी | 50,000–150,000 | 3× |
| 150,000–300,000 | <1.5 | यंत्रवत् पॉलिश किया हुआ | 80,000–200,000 | 4× |
| >300,000 | <1.2 | विद्युत पॉलिश किया हुआ | 150,000–300,000 | 5–7× |
वेल्ड टो फिनिशिंग से परे इंजीनियरिंग
टाइटेनियम ग्रेड एससीएफ से स्वतंत्र थकान प्रतिरोध को प्रभावित करता है। ग्रेड 7 में समान एससीएफ संवेदनशीलता है लेकिन पैलेडियम संवर्धन के कारण उच्च आंतरिक थकान शक्ति है। दीवार की मोटाई किसी दिए गए भार के लिए नाममात्र तनाव को प्रभावित करती है; समान झुकने के क्षण के लिए 2.0 मिमी की दीवार पर 1.0 मिमी की दीवार की तुलना में कम तनाव होता है। वेल्ड सुदृढीकरण आकार मायने रखता है; 3 मिमी से अधिक त्रिज्या के साथ एक सहज संक्रमण एससीएफ को अकेले पीसने से अधिक कम कर देता है। 30 मिनट के लिए 540 डिग्री पर वेल्ड तनाव राहत के बाद अवशिष्ट तनाव 60-80% तक कम हो जाता है, जिससे थकान वाले जीवन में और सुधार होता है। हाइड्रोजन विकास को कम करने के लिए कैथोडिक सुरक्षा क्षमता को -0.80 से -0.85 V तक नियंत्रित किया जाना चाहिए, अधिक नकारात्मक नहीं।
एक सूचित विशिष्टता बनाना
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 से<1.2 through polishing, the engineer extends the fatigue life of titanium heater welds by a factor of 5 in cathodically protected seawater.
