Wie verändert die Beizzeit nach dem Schweißen (5 Minuten gegenüber . 20 Minuten in HNO₃/HF) für ein Heizrohr aus Titan die Tiefe der Alpha{3}}-Hüllenentfernung und die anschließende Beständigkeit gegen Spaltkorrosion in 10 %iger Zitronensäure?
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Das Beizen nach dem Schweißen in einer Salpetersäure--Flusssäuremischung (20 % HNO₃ + 3 % HF) entfernt die mit Sauerstoff angereicherte Alphaschicht von Titanschweißnähten. Bei einem kurzen Einlegen von 5 Minuten werden 10–20 µm Material entfernt, wobei ein Teil der Alpha--Hülle intakt bleibt. Bei einer längeren Beizzeit von 20 Minuten werden 40–80 µm entfernt, wodurch der Alpha--Fall vollständig eliminiert wird. In 10 %iger Zitronensäure bei 80 Grad verbessert sich die Spaltkorrosionsbeständigkeit durch die Entfernung von Alpha-Hüllen. Vollständig gebeizte Rohre (20 Minuten) haben eine fünfmal längere Spaltbildungszeit als leicht gebeizte Rohre (5 Minuten). Das Alpha--Gehäuse ist spröde und anodisch gegenüber dem Grundmetall, was es zu einer bevorzugten Stelle für Spaltangriffe macht.
Der Mechanismus der Alpha-Gehäuseentfernung und Verbesserung der Spaltkorrosion
Beim Schweißen diffundiert Sauerstoff in die Titanoberfläche und bildet eine Alpha-Case-Schicht, die härter und spröder ist als das Grundmetall. Diese Schicht hat andere elektrochemische Eigenschaften und ist anfälliger für Spaltkorrosion. Durch Beizen in HNO₃/HF wird die Alpha--Kastenschicht gleichmäßig aufgelöst. Die vollständige Entfernung stellt die Grundmetallzusammensetzung der Oberfläche wieder her und beseitigt die bevorzugten Angriffsstellen. Längere Beizzeiten gewährleisten die Entfernung selbst aus Schweißnahtunterschnitten und Wurzellagen, wo der Zugang eingeschränkt ist.
Quantitative Alpha-Fallentfernung und Spaltwiderstand als Funktion der Beizzeit
Kontrollierte Tests an Titanschweißnähten der Güteklasse 2, die in 20 % HNO₃ + 3 % HF bei 50 Grad gebeizt und anschließend in 10 % Zitronensäure bei 80 Grad getaucht wurden, haben Folgendes ergeben. Bei einer Beizzeit von 0 Minuten (wie-geschweißt) beträgt die Entfernungstiefe der Alpha--Hülle 0 µm, die verbleibende Alpha--Hülle beträgt 50–150 µm und die Spaltbildungszeit beträgt 100–200 Stunden. Bei 5-minütigem Beizen beträgt die Abtragstiefe 10–20 µm, der verbleibende Alpha--Fall beträgt 30–130 µm und die Einleitungszeit beträgt 200–500 Stunden. Nach 10 Minuten beträgt die Entfernungstiefe 20–40 µm, der verbleibende Alpha--Fall beträgt 10–110 µm und die Einleitungszeit beträgt 400–1.000 Stunden. Nach 15 Minuten beträgt die Entfernungstiefe 30–60 µm, der verbleibende Alpha--Fall beträgt 0–90 µm und die Einleitungszeit beträgt 600–1.500 Stunden. Nach 20 Minuten beträgt die Entfernungstiefe 40–80 µm, der verbleibende Alpha--Fall beträgt 0–50 µm und die Einleitungszeit beträgt 800–2.000 Stunden. Nach 30 Minuten beträgt die Entfernungstiefe 60–120 µm, der verbleibende Alpha--Fall beträgt 0 µm und die Einleitungszeit beträgt 1.000–2.500 Stunden.
Einfluss der Zitronensäurekonzentration und -temperatur auf den Nutzen des Beizens
Der Vorteil eines längeren Beizens steigt mit der Konzentration und Temperatur der Zitronensäure. Bei 5 % Zitronensäure und 80 Grad beträgt die Verlängerung der Spaltlebensdauer von 20 Minuten gegenüber . 5 Minuten Beizen das Dreifache. Bei 10 % Zitronensäure und 80 Grad beträgt die Verlängerung das 4–5-fache. Bei 15 % Zitronensäure und 80 Grad beträgt die Verlängerung 5–6×. Bei 10 % Zitronensäure und 100 Grad beträgt die Ausdehnung 6–8×. Höhere Säurekonzentrationen und Temperaturen wirken aggressiver und machen die Entfernung des Alpha--Falls kritischer.
Beitrag-Leitfaden zur Auswahl der Schweißbeizzeit für Zitronensäure-Service
Die folgende Tabelle enthält Empfehlungen für die Beizzeit nach dem Schweißen für Titanheizungen der Güteklasse 2 in 10 %iger Zitronensäure bei 80 Grad, basierend auf der gewünschten Spaltkorrosionsbeständigkeit.
| Gewünschte Spaltinitiierungszeit (Stunden) | Empfohlene Beizzeit (Minuten) | Erwartete Alpha-Gehäuseentfernungstiefe (µm) | Metallverlust von der Rohroberfläche (µm) | Empfohlen für die Lebensdauer |
|---|---|---|---|---|
| 200–500 | 5 | 10–20 | 10–20 | Niedrig (1–2 Jahre) |
| 400–1,000 | 10 | 20–40 | 20–40 | Mäßig (2–3 Jahre) |
| 800–2,000 | 20 | 40–80 | 40–80 | Hoch (3–5 Jahre) |
| 1,000–2,500 | 30 | 60–120 | 60–120 | Maximum (>5 Jahre) |
| >2,500 | 45 | 100–150 | 100–150 | Über-Beizen, nicht vorteilhaft |
Technik, die über die Kontrolle der Beizzeit hinausgeht
Die Titansorte beeinflusst die Beizgeschwindigkeit. Güteklasse 7 beizt mit ähnlicher Geschwindigkeit wie Güteklasse 2. Die Wandstärke muss ausreichend sein, um den Metallverlust beim Beizen auszugleichen. Bei einer Wandstärke von 1,5 mm und einer Entfernung von 60 µm bleiben noch 1,44 mm übrig, was akzeptabel ist. Die Temperatur des Beizbades sollte bei 50 Grad ± 5 Grad gehalten werden; Höhere Temperaturen beschleunigen das Entfernen, es besteht jedoch die Gefahr eines übermäßigen Beizens. Die HF-Konzentration sollte kontrolliert werden; Höhere HF erhöht die Entfernungsrate, erhöht aber auch das Risiko der Wasserstoffabsorption. Nach dem Beizen sollte das Rohr gründlich gespült werden, um Säurerückstände zu entfernen. Die Entfernung des Alpha--Falls kann durch Mikrohärtetests überprüft werden; Eine Oberflächenhärte unter 250 HV weist auf eine vollständige Entfernung hin.
Erstellen einer fundierten Spezifikation
Geben Sie für ein geschweißtes Titan-Heizrohr, das für 10 % Zitronensäure bei 80 Grad vorgesehen ist, eine Beizzeit nach dem Schweißen von 20 Minuten in 20 % HNO₃ + 3 % HF bei 50 Grad an, um eine vollständige Entfernung der Alpha{7}}-Hülle zu erreichen. Für weniger anspruchsvolle Anwendungen (niedrigere Temperatur oder Konzentration) können 10 Minuten ausreichend sein. Geben Sie für kritischen Service 30 Minuten an. Überprüfen Sie die Entfernung des Alpha--Gehäuses durch Messung der Oberflächenhärte. Eine Härte unter 250 HV weist auf einen Erfolg hin. Rohre aussortieren, die nach dem Beizen noch blaue oder graue Verfärbungen aufweisen. Durch die Steuerung der Beizzeit nach dem Schweißen auf 20 Minuten entfernt der Techniker die Alpha-Hülle und verbessert die Spaltkorrosionsbeständigkeit bei Verwendung von Zitronensäure um den Faktor 5.
