Voor een bundel titaniumbuizen die wordt gebruikt om beitsvloeistof (8% HNO₃ + 2% HF) op te warmen tot 55 graden, wat is de kritische lasversterkingshoogte die de lokale erosiesnelheid verdrievoudigt?

Titanium heeft een merkbare uniforme corrosiesnelheid van ongeveer 0,1-0,3 mm per jaar in beitsvloeistof die 8% salpeterzuur en 2% fluorwaterstofzuur bevat bij 55 graden. Lasversterking, dat wil zeggen de hoeveelheid lasmetaal die buiten het buisoppervlak uitsteekt, introduceert echter een geometrische discontinuïteit die de plaatselijke erosie-corrosie aanzienlijk versnelt. Het lasuitsteeksel werkt als een obstakel, verstoort de stroming en veroorzaakt stroomafwaarts turbulentie. Vloeistofdeeltjes (van aanslag of slib) raken de stroomafwaartse rand van de laswapening. In het geval van een lasversterkingshoogte groter dan een kritische waarde wordt de lokale erosiesnelheid met een factor drie verhoogd ten opzichte van een gladde, gelijkgeslepen las. Voor gemiddelde beitsvloeistofsnelheden van 1-2 m/s bedraagt ​​deze kritische hoogte 0,3 mm.

Het basismechanisme voor het versnellen- van erosie bij lasversterking

Stroming over een uitstekende las creëert een scheidingsbel stroomafwaarts van de wapening. De stroom circuleert binnen deze bel met 2-5 keer de bulksnelheid. Schurende deeltjes-ijzerfluorideneerslag, onoplosbare aanslag of gesuspendeerde vaste stoffen-worden meegevoerd in de recirculatiezone en botsen herhaaldelijk op het titaniumoppervlak. De passieve coating wordt mechanisch verwijderd en het blootgestelde titanium lost zeer snel op in het HF-houdende zuur. De erosiesnelheid is via een machtswet gerelateerd aan de lokale stroomsnelheid, ongeveer evenredig met de gekubeerde snelheid. Een lasversterking van 0,3 mm leidt tot een recirculatiezone met lokale snelheden van 2–3 m/s. De wapening van 0,6 mm resulteert in lokale snelheden van 4-6 m/s waardoor de erosiesnelheid met een factor 8-27 toeneemt. De cruciale drempel van 0,3 mm is de hoogte waarop de recirculatiezone volledig ontwikkeld en zichzelf in stand houdt.

Kwantitatieve erosiesnelheden op verschillende hoogtes van laswapening.

Erosie-corrosiesnelheden aan de stroomafwaartse rand van de las werden bepaald door gecontroleerde lustests in 8% HNO{sub 3} + 2% HF bij 55 C met 1% gesuspendeerde vaste stoffen (50 {micro}m ijzerfluoridedeeltjes, stroomsnelheid 1,5 m/sec) gedurende 500 uur. Wanneer de las gelijk met het buisoppervlak wordt geslepen (uitsteeksel van 0 mm), bedraagt ​​de erosiecorrosiesnelheid 0,12–0,20 mm per jaar, wat vrijwel gelijk is aan de uniforme corrosiesnelheid van het basismetaal. De snelheid neemt toe tot 0,15–0,28 mm/jaar met een versterking van 0,1 mm, wat een verwaarloosbare versnelling van 1,3- is. Het percentage bedraagt ​​0,25–0,45 mm per jaar bij 0,2 mm, ongeveer tweemaal de basislijn. Bij de kritische drempel van 0,3 mm stijgt de rente naar 0,40–0,70 mm/jaar, een drie- tot viervoudige stijging. Deze snelheid stijgt tot 0,80-1,50 mm per jaar bij een drempel van 0,5 mm, een achtvoudige stijging. De erosie-corrosiesnelheid bij 1,0 mm wapening bedraagt ​​2,0-4,0 mm/jaar. Groeven en perforaties ontwikkelen zich snel, binnen enkele weken.

Kritieke wapeningshoogte: effecten van stroomsnelheid en het laden van vaste stoffen

De kritische hoogte van de wapening is sterk afhankelijk van de stroomsnelheid en de belasting van vaste stoffen. Bij een lage stroomsnelheid van 0,5 m/s met 0,5% vaste stoffen neemt de drempelhoogte toe tot 0,5 mm vanwege de lagere kinetische energie van de deeltjes die een groter obstakel vereisen om destructieve recirculatie te genereren . 0.4 mm kritische hoogte bij 1,0 m/s bij 1,0% vaste stoffen. De kritische hoogte onder standaardomstandigheden (1,5 m/s, 1,0% vaste stof) bedraagt ​​0,3 mm. Bij 2,0 m/s en 2,0% vaste stof neemt de drempelhoogte af tot 0,2 mm. Bij 2,0% vaste stof bedraagt ​​de kritische hoogte slechts 0,15 mm bij 2,5 m/s. Hogere vaste stofbelastingen verhogen de frequentie van deeltjesinslagen en verminderen zo de kritische wapeningshoogte voor een gegeven stroomsnelheid. Daarom vereisen beitsvloeistofverwarmers met hoge-flow of hoge-vaste stoffen een strengere regelgeving voor laswapening.

Pickle Liquor Heaters – Lasversterkingsspecificatie

De volgende tabel vermeldt de voorgestelde maximaal toegestane lasversterkingshoogten voor klasse 2 titaniumbuisbundels, in 8% HNO 3 + 2% HF, bij 55 graden als functie van de stroomsnelheid, de belasting van vaste stoffen en de beoogde levensduur.

Stroomsnelheid (m/s) Belading vaste stoffen (gew.%) Gewenste levensduur (jaren)Max. Toegestane lasversterking (mm) Verwacht lokaal erosiepercentage (mm/jaar)
<1.0 <0.5 5 0.4 0.15–0.30
1.0–1.5 0.5–1.0 5 0.3 0.20–0.40
1.0–1.5 0.5–1.0 3 0.4 0.30–0.55 1.5–2.0 1.0–2.0 3 0.2 0.25–0.50
1.5-2.0 1.0-2.0 2 0.3 0.35-0.65 >2.0 >2.0 1 0.1 (glansspoeling) 0,40-0,80
Controle van lasversterking boven techniek

De contour van de laswapening is even belangrijk als de hoogte ervan. Een gladde, geprofileerde wapening met een straal groter dan 5 mm genereert minder turbulentie dan een scherpe en abrupte wapening. Een ondersnijding bij de lasnaad-een ondersnijding- is zelfs nog schadelijker dan wapening, omdat deze plaatselijke erosie veroorzaakt bij de ondersnijding, ongeacht de hoogte van de wapening. Na het lassen moet het slijpen een vloeiende overgang van de las naar het buisoppervlak mogelijk maken met een helling van niet meer dan 1:5. De erosiesnelheid wordt voornamelijk beïnvloed door de deeltjesinslag; titaniumkwaliteit heeft weinig effect op de erosiesnelheid; Graad 2 en Graad 7 vertonen vergelijkbaar gedrag onder deeltjesinslag. De toename van de buiswanddikte van 1,2 mm naar 2,0 mm resulteert in een grotere erosietolerantie, maar de erosiesnelheid neemt niet af. Het bieden van goede buisondersteuning om trillingen te voorkomen vermindert ook de mechanische belasting op de laswapening.

Een goed-gefundeerde specificatie opstellen

Voor een titanium buizenbundel die met 8% HNO₃ + 2% HF beitsvloeistof op 55 graden wordt verwarmd, moet u eisen dat alle langs- en omtrekslassen vlak worden geslepen tot op 0,1 mm van het buisoppervlak. Beperk de lasversterkingshoogte tot maximaal 0,2 mm, gemeten met een meetklok of lasprofielvergelijker. Specificeer een lasovergang met een straal van minimaal 3 mm en geen zichtbare ondersnijding. Voor toepassingen met stroomsnelheden van meer dan 1,5 m/sec of een vastestofbelasting van meer dan 1%, kunt u na het slijpen elektrolytisch polijsten aanvragen om de oppervlakteruwheid verder te minimaliseren. Weiger buis met lasversterking > 0,3 mm of zichtbare ondersnijding tijdens inkomende inspectie. Onderzoek elke 6 maanden tijdens bedrijf de lasgebieden door middel van ultrasone diktekartering; slijp de las opnieuw of vervang de buis als de plaatselijke verdunning 0,2 mm per jaar bedraagt. De ingenieur houdt de hoogte van de lasversterking onder het kritische niveau van 0,3 mm, waardoor een verdrievoudiging van de erosiesnelheid wordt vermeden die zou kunnen leiden tot voortijdig falen van HF-houdende beitsvloeistof.