Por que um aquecedor de bainha de titânio com tratamento térmico pós{0}soldagem a 600 graus no ar exibe uma taxa de corrosão em fendas quatro vezes maior em ácido oxálico a 5% a 80 graus em comparação com um tubo-soldado?

O PWHT de aquecedores de bainha de titânio é comumente conduzido a 540–650 graus para reduzir tensões residuais induzidas pela soldagem. Uma escala de óxido espessa e multi{3}}camadas é gerada na superfície do titânio a 600 graus no ar. Esta escala é composta por TiO2, Ti2O3 e TiO e o oxigênio é altamente enriquecido abaixo dela gerando uma camada alfa-de caso. Esta escala de óxido e o caso alfa são quimicamente instáveis ​​em ácido oxálico a 5% (H₂C₂O₄) a 80 graus. A escama quebra e descama em diversas fissuras. O ácido oxálico penetra nessas fissuras, concentrando espécies hostis e aumentando as taxas de corrosão locais. O tubo-soldado em condição de superfície decapada ou eletropolida e sem óxido PWHT possui um filme passivo que é fino, denso e resistente ao início de fissuras. Isso resulta em um aumento de 4 vezes na taxa de corrosão em frestas em tubos-PWHT de ar versus-tubos soldados.

Mecanismo de aceleração induzida por PWHT-de corrosão em fendas

O titânio é submetido à oxidação parabólica no ar a 600 graus com uma escala de 2-5 µm. O oxigênio se dissolve no metal e forma uma camada alfa - de superfície com 50–150 µm de profundidade. Esta camada é frágil e possui um coeficiente de expansão térmica diferente do coeficiente do metal base. Onde ocorrem micro{10}}fissuras resfriadas na balança. A escala se dissolve de maneira não-uniforme em ácido oxálico e revela o caso-alfa. O caso alfa-é anódico ao metal subjacente e as células galvânicas são configuradas. A escama rachada e o caso alfa-exposto são fissuras naturais e aumentam a taxa de ataque de 3 a 5 vezes a de uma superfície limpa como{20}}soldada. O crescimento da corrosão em frestas ocorre principalmente no contato entre o invólucro alfa e o metal base.

Taxas quantitativas de corrosão em frestas sob diferentes condições de tratamento térmico pós-soldagem.

Testes controlados em ácido oxálico a 5% a 80 graus por 500 horas foram usados ​​para determinar taxas de corrosão em frestas para titânio Grau 2 em diversas circunstâncias pós{4}}soldagem. A taxa de corrosão em fendas nas pontas da solda foi de 0,08 a 0,15 mm/ano para um tubo decapado-soldado, sem PWHT e uma superfície limpa com apenas um pequeno ataque. A taxa para um tubo que recebeu PWHT a 540 graus no ar, que resultou em um óxido de palha leve, foi de 0,20–0,35 mm por ano. Isso foi o dobro da taxa para a condição-soldada e a escala parcialmente fragmentada. Um tubo com PWHT a 600 graus no ar e um óxido azul ou roxo tem uma taxa de 0,35–0,65 mm/ano, um aumento de quatro vezes em relação à linha de base-soldada e severas rachaduras e lascas em incrustações. O tubo com PWHT a 650 graus no ar, formando óxido cinza ou branco, tem uma taxa de 0,60–1,20 mm por ano, oito vezes maior, com graves incrustações e lascas. Em contraste, o tubo com PWHT a 600 graus em uma atmosfera inerte de argônio não apresenta óxido significativo e tem uma taxa de apenas 0,06–0,12 mm/ano sem aceleração.

Efeito da concentração e temperatura do ácido oxálico nos fatores de aceleração

O fator de aceleração do ar-PWHT é aproximadamente constante em uma faixa de concentrações e temperaturas de ácido oxálico. A taxa de-soldado em ácido oxálico a 5% a 60 graus é de 0,05 a 0,10 mm/ano e a taxa de PWHT de ar a 600 graus é de 0,20 a 0,40 mm/ano, um fator de aceleração de 4. A taxa de-soldado a 5% de ácido oxálico e 80 graus é de 0,08 a 0,15 mm/ano e o A taxa de PWHT-do ar é de 0,35–0,65 mm/ano, um fator de 4 novamente. A taxa de-soldado é de 0,15–0,25 mm/ano, enquanto a taxa de-PWHT de ar é de 0,60–1,00 mm/ano a 10% de ácido oxálico e 80 graus, ainda um fator de 4. A taxa de-soldado é de 0,20-0,35 mm por ano e a taxa de PWHT de ar é 0,80-1,50 mm por ano com ácido oxálico a 5%, condições de ebulição de 100 graus, com aceleração de 4×. O fator constante implica que o PWHT leva a um estado superficial que promove a corrosividade intrínseca do ácido.

Diretriz de gerenciamento de PWHT para ácido oxálico

A tabela abaixo fornece recomendações para tratamento térmico pós{0}}soldagem (PWHT) para evitar corrosão em fendas em ácido oxálico a 5% a 80 graus em função da temperatura necessária do PWHT e do controle atmosférico disponível.

Temperatura PWHT necessária Ambiente de serviço PWHT Atmosfera recomendada-Tratamento PWHT Taxa esperada de corrosão em fendas (mm/ano)
Qualquer ácido oxálico a 5%, argônio a 80 graus (vácuo também aceitável) Nenhum 0,06–0,12
Any 5 % oxalic acid 80 °C Air Pickling (HNO 3 /HF, 10 min) 0.08–0.15 540–600°C Oxalic acid Air (unavoidable) Pickling + electropolishing 0.10-0.18 >600°C Oxalic acid Air Not salvageable-replace tube >0.35
Não é necessário PWHT Ácido oxálico N/A Superfície decapada 0,08–0,15
Engenharia PWHT – Além do Controle Atmosférico

A quantidade de dano ao PWHT depende do tipo de titânio. O grau 7 cria uma incrustação de óxido comparável, mas o enriquecimento da incrustação-o contato do metal com o paládio oferece alguma proteção contra corrosão em-incrustação, reduzindo o fator de aceleração para 2-3 vezes, em vez de 4 vezes. Há um progresso moderado no Grau 12. A espessura da parede oferece tolerância à corrosão. Uma parede de 2,0 mm com uma taxa de corrosão em frestas de 0,5 mm por ano sobreviverá 4 anos. Uma operação de decapagem com 20% de ácido nítrico mais 3% de ácido fluorídrico por 5 a 10 minutos pode remover a camada alfa-de revestimento e restaurar a resistência à corrosão para perto da condição de solda. Se o tratamento térmico pós-soldagem ao ar for inevitável, o tubo deverá ser decapado após o tratamento térmico.

Fazendo uma especificação informada

Para um aquecedor de revestimento de titânio para serviço em ácido oxálico a 5% a 80 graus que requer tratamento térmico pós{2}}soldagem, especifique que o PWHT seja feito em uma atmosfera inerte (argônio com oxigênio inferior a 50 ppm) ou em vácuo. Se o PWHT baseado em ar- for inevitável, especifique um tratamento de decapagem pós-PWHT com no mínimo 20% de ácido nítrico + 3% de ácido fluorídrico a 50 graus por 10 minutos com enxágue completo usando água deionizada. Qualquer tubo que apresente óxido azul, roxo ou cinza após a decapagem deve ser descartado. Os aquecedores existentes que foram PWHT de ar- sem decapagem adicional devem ser limpos quimicamente com ácido cítrico a 10% a 60 graus C por 2 horas para remover incrustações soltas e um cupom testado em ácido oxálico para confirmar a taxa de corrosão. O aumento de quatro vezes na taxa de corrosão em frestas que ocorre com ácido oxálico a 5% a 80 graus é evitado regulando o ambiente PWHT e fornecendo pós{20}}tratamento adequado.