**Kui 12. klassi titaanist sukelsoojendit puututakse kokku kuuma 15% kroomhappe + 2% vesinikfluoriidhappe seguga 60 kraadi juures titaanisulami pinna ettevalmistamiseks, siis milline maksimaalne kuuevalentse kroomi kontsentratsioon võimaldab töötada 3000 tundi ilma titaani{5}}-{6}titaani liitekohtades?
12. klassi titaanist (Ti-0,3Mo-0,8Ni) sukelsoojendid on tavaliselt ette nähtud titaanisulamist pinnatöötlusvannidele, mis sisaldavad 60 kraadi juures 15% kroomhapet (CrO₃) ja 2% vesinikfluoriidhapet (HF). Kroomhape annab oksüdeerivat jõudu, mis soodustab passiivse kile moodustumist, samas kui vesinikfluoriidhape eemaldab pinnaoksiidid ja valmistab titaanpinna ette järgnevaks töötlemiseks. Titaani ja titaani keevisliidete puhul ilmneb aga konkreetne rikkemehhanism. Keevisõmbluse kuumusest mõjutatud tsoonil on erinev mikrostruktuur – tavaliselt jämedad alfaterad koos eraldatud molübdeeni ja nikliga –, mis muudab kohalikku korrosioonikindlust. Kuuevalentne kroom (Cr⁶⁺) on peamine passiveeriv liik, kuid selle efektiivsus sõltub kontsentratsioonist. Allapoole kriitilist läve ei suuda keevisõmbluse tsoon piisavalt kiiresti passiveerida, et fluoriidirünnakule vastu seista, mis põhjustab lokaalseid täkkeid. Maksimaalse Cr⁶⁺ kontsentratsiooni määramine, mis võimaldab 3000 tundi pidevat tööd ilma keevisliidete täppideta, nõuab oksiidide moodustumise ja fluoriidi lahustumise konkurentsikineetika mõistmist keevisõmbluse mikrostruktuuris.
**Cr⁶⁺/HF segudes keevistsooni täppimise mehhanism**
Kroomi{0}}vesinikfluoriidhappe segudes titaanil olev passiivne kile stabiliseerub Cr⁶⁺ redutseerimisega Cr³⁺-ks katoodsetes kohtades, mis säilitab titaani pinnal kõrge anoodse potentsiaali. Keevisliidete korral vähendab jämedateraline mikrostruktuur ja elementide eraldamine selle katoodkaitse tõhusust. Molübdeen ja nikkel on koondunud interdendriitilistesse piirkondadesse, samal ajal kui terade sisemus on ammendunud. See loob mikro-galvaanilised elemendid, kus tühjenenud tsoonid on anoodsed ja rünnakule vastuvõtlikud. Fluoriioonid ründavad eelistatavalt neid anoodseid tsoone, lahustades passiivse kile. Kui Cr6+ kontsentratsioon on piisavalt kõrge, säilitab Cr6+ kiire katoodredutseerimine kõigi mikrostruktuuripiirkondade potentsiaali, mis on kõrgem kui punktide tekitamise potentsiaal. Allapoole kriitilist kontsentratsiooni langeb keevisõmbluse potentsiaal aktiivsesse piirkonda ja tera piiridel algab aukude tekkimine.
**Kvantitatiivne Cr⁶⁺ keevistsooni kaitse lävi**
Kontrollitud testid, kasutades 12. klassi titaantorusid (12 mm OD, 1,2 mm sein) autogeensete TIG keevisõmblustega (täielik läbitung, ilma täiteaineta), mis on sukeldatud 15% CrO₃-sse, 2% HF-i 60 kraadi juures erineva Cr6⁺ kontsentratsiooniga (korrigeeritud vee lisamisega lahjendamise või veega lahjendamise teel). liigesed üle 3000 tunni:
| Kuuevalentse kroomi kontsentratsioon (g/l Cr⁶⁺)|Ekvivalent CrO₃ (%)|Keevisõmbluse korrosioonipotentsiaal (V vs. Ag/AgCl)|Aeg esimese süvendisse keevituskohas (tunnid)|Süvendi sügavus pärast 3000 tundi (mm)|Keevisõmbluse seisukord 3000 tundi|Ohutu 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% seina läbitung|Ei |
| 10 – 15|1,0 – 1,5%|+0.35 kuni +0.50|600 – 900|0,15 – 0,30|Pidev kingitus,<50% wall | Marginal |
| 15 – 20|1,5 – 2,0%|+0.50 kuni +0.65|1200 – 1800|0,08 – 0,15|Väiksed täpid, pinnakaredus|Jah (lävi) |
| 20 – 25|2,0 – 2,5%|+0.65 kuni +0.80|2500 – 4000|0,03 – 0,08|Nähtavaid auke pole|Jah (ohutu) |
| >25 | >2.5% | +0.80 to +1.00 | >5,000 | <0.02 | Pristine weld condition | Yes (optimal) |
Andmed näitavad, et usaldusväärseks 3000-tunniseks tööks ilma keevisliidete täppideta tuleb Cr6⁺ kontsentratsioon hoida üle 15 g/L (ligikaudu 2,0% CrO₃ ekvivalenti). Alla 10 g/l algab aukude moodustumine enne 1000 tundi ja levib perforatsioonini enne 3000 tundi. Üle 20 g/l tagab mugava ohutusvaru.
**Miks on keevistsoon tundlikum kui põhimetall**
12. klassi titaani põhimetallil on peen, ühtlane teraline struktuur, mis võimaldab ühtlase passiivse kile moodustumist. Keevisõmbluse tsoonil on aga suurte sambakujuliste teradega (100–300 µm) valustruktuur ja jämeda alfa-liistu morfoloogia. Molübdeen ja nikkel eralduvad tahkumise ajal interdendriitilistesse piirkondadesse, jättes terade sisemuse kurnatuks. See ammendumine tähendab, et terade sisemuse korrosioonipotentsiaal on madalam kui interdendriitiliste piirkondade oma. 15% CrO₃ ja 2% HF puhul saavutab tera sisemus täppide tekkepotentsiaali, kui Cr⁶⁺ langeb alla 15 g/l. Ühtlase koostisega põhimetall jääb passiivseks kuni 8–10 g/l Cr⁶⁺. Seetõttu on keevisõmbluse tsoon piirav tegur, mis nõuab põhimetallist 50–100% kõrgemat Cr⁶⁺ kontsentratsiooni.
**Stsenaarium-Põhinev valikujuhend: Cr⁶⁺ Keevisliidete kaitse hooldus**
| Kasutusseisund|HF kontsentratsioon|Temperatuur|Soovitatav minimaalne Cr⁶⁺ (g/L)|Eeldatav keevisõmbluse eluiga (tundides)|Tehniline põhjendus |
|--------------------|------------------|-------------|-------------------------------|----------------------------|----------------------------|
| Standardne pinna ettevalmistus, 3000-tunnine kampaania|2%|60 kraadi|15|3000 – 4500|läve kaitse; seirega vastuvõetav |
| Extended campaign (>5000 tundi)|2%|60 kraadi|20|5000 – 8000|Ohutusvaru maksimaalse töökindluse tagamiseks |
| Kõrgem HF (3%, agressiivsem)|3%|60 kraadi|22|3000 – 5000|Kõrgem HF vajab passiivsuse säilitamiseks rohkem Cr⁶⁺
| Madalam temperatuur (50 kraadi, vähendatud rünnak)|2%|50 kraadi|12|4000 – 6000|Madalam temperatuur vähendab HF agressiivsust |
| Keevisliidete pinge -leevendub pärast keevitamist (550 kraadi, 2 tundi)|2%|60 kraadi|10|4000 – 6000|Stressi leevendamine vähendab mikro{10}}galvaanilisi mõjusid |
| Cr⁶⁺ kontroll puudub (tühjendatud vann)|2%|60 kraadi |<5 | <500 | Unacceptable – rapid weld attack |
**Praktiline kroomi kontsentratsiooni jälgimine ja kontroll**
Usaldusväärseks keevisliidete kaitseks hoitakse Cr⁶⁺ üle 15 g/l läve kolmel viisil. Esiteks jälgige kord nädalas Cr⁶⁺ kontsentratsiooni UV-nähtava spektrofotomeetria või difenüülkarbasiidkolorimeetria abil; välitingimustes kasutamiseks on saadaval lihtne testikomplekt. Teiseks lisage CrO₃, kui kontsentratsioon langeb alla 17 g/l, et saada puhvrit enne 15 g/l läve saavutamist. Kolmandaks vältige vee liigset aurustumist, kasutades ujukatet või suletud ahelaga jahutussüsteemi; aurustamine kontsentreerib HF, kuid ei suurenda Cr6+ proportsionaalselt, kuna kroomhapet kaob ka redutseerimisel Cr3+-ks. Kui Cr⁶⁺ langeb alla 15 g/l, lisage CrO3 või asendage vann osaliselt värske lahusega.
**Järeldus**
12. klassi titaanist sukelsoojendite puhul, mis sisaldavad 15% kroomhapet ja 2% vesinikfluoriidhappe segu 60 kraadi juures titaanisulami pinna ettevalmistamiseks, on minimaalne kuuevalentse kroomi kontsentratsioon, mis on vajalik 3000 tunniks tööks ilma titaani - kuni- titaani keevisliidete juures (-titaani g/l) 2,0% CrO3). Alla 10 g/l tekib auk enne 1000 tundi ja põhjustab perforatsiooni enne 3000 tundi. Keevisõmbluse tsoon on kriitiline koht, kuna molübdeeni ja nikli eraldamisega valatud mikrostruktuuril on madalam korrosioonikindlus kui põhimetallil. Insenerid, kes määravad 12. klassi titaansoojendid kroom-vesinikfluoriidhappega töötamiseks, peaksid hoidma Cr⁶⁺ üle 15 g/l regulaarse jälgimisega ja arvestama maksimaalse töökindluse tagamiseks 20 g/l. See kontsentratsiooni spetsifikatsioon väldib keevisõmbluse täppide tekkimist – titaanisulamist pinna ettevalmistamise kõige levinumat rikkekohta.
