Sut Mae Presenoldeb Ionau Copr (100 ppm) mewn Ateb Cynnes, Asid Sylffwrig Aeredig (10%) Yn Cyflymu Cyrydiad Galfanig Tiwb Gwresogi Titaniwm mewn Uniadau Wedi'u Weldio?

Cyfnewidiadau sylfaenol mewn dyluniad gwresogydd titaniwm ar gyfer asid sylffwrig wedi'i halogi â chopr
Mae asid sylffwrig gwanedig (10% H 2 SO 4 ) ar 60-80 gradd yn aml yn cael ei ddefnyddio yn y electrowinning copr, piclo aloion copr a glanhau cemegol cyfnewidydd gwres. Yn gyffredinol, mae titaniwm yn oddefol mewn 10% H2SO4 o dan 80 gradd gyda chyfraddau cyrydiad o 0.01-0.05 mm y flwyddyn oherwydd cynhyrchu cotio titaniwm deuocsid sefydlog. Fodd bynnag, mae presenoldeb ïonau Cu2+ toddedig ar lefelau mor isel â 100 ppm yn newid yr electrocemeg cyrydiad yn sylweddol. Mae ïonau copr yn gweithredu fel dadbolarydd cathodig effeithiol, yn cael eu trosi i gopr metelaidd (Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu⁰) ar wyneb titaniwm, gan gynhyrchu dyddodiad copr mandyllog. Mae'r blaendal copr hwn yn ffurfio pâr galfanig gyda'r titaniwm gwaelodol, gyda thitaniwm yn gweithredu fel yr anod a chopr fel y catod nobl. Mewn cymalau wedi'u weldio, mae'r microstrwythur titaniwm yn heterogenaidd oherwydd y parth yr effeithir arno gan wres (HAZ) ac mae'r effaith galfanig yn canolbwyntio, gan achosi mwy o ymosodiad lleol. Mae trwch wal y tiwb gwresogydd titaniwm yn pennu faint o ddeunydd sydd i wrthsefyll y cyrydiad lleol hwn, ond mae'r ffenomen sylfaenol yn electrocemegol ac ni ellir ei ddileu trwy dewychu'r wal yn unig. Mae'r gwaith hwn yn mesur y ffactor cyflymu galfanig oherwydd ïonau copr ac yn esbonio methiant anghymesur uniadau weldio mewn asid sylffwrig halogedig copr.

Effaith ar Uniondeb Mecanyddol: Mecanwaith Galfanig a Microstrwythur Weld
Mewn 10% H₂SO₄ ar 70 gradd heb ïonau copr, mae gan ditaniwm gradd 2 botensial cyrydiad o tua +0.1 V vs SHE (Safonol Hydrogen Electrod) a chynhelir y ffilm goddefol. Mae'r gostyngiad cathodig o Cu 2+ i Cu 0 yn digwydd yn ffafriol ar wyneb titaniwm ym mhresenoldeb ïonau Cu 2+, ac ar hynny mae gorchudd copr tenau (1–5 µm) yn cael ei ddyddodi mewn ychydig oriau ar ôl trochi. Mae'r blaendal copr yn gweithredu fel catod ac yn codi potensial cyrydiad y titaniwm i tua +0.3 V vs SHE, yn fwy bonheddig na'r potensial goddefol. Fodd bynnag, nid yw'r blaendal copr yn barhaus ac mae'n glynu'n iawn. Mae celloedd galfanig yn cael eu creu ar ddiffygion yn yr haen gopr (ee bysedd traed weldio, crafiadau neu gynhwysiant) lle mae'r titaniwm agored yn anodig i'r copr o'i amgylch. Dwysedd cerrynt galfanig yr anod yw 100-500 microA/cm ^ 2 o'i gymharu â dwysedd cerrynt goddefol<1 microA/cm^2 in copper free acid. This current corresponds to a titanium dissolving rate of 0.5 to 2.5 mm per year at the anode sites. Welded joints are especially sensitive, because the HAZ has a distinct grain structure and may contain secondary phases (for example, beta phase stabilized by iron impurities) that are more active than the base metal. Weld reinforcement (extra weld metal) also forms a fissure like shape that retains copper deposits and prevents their removal by fluid flow. The galvanic acceleration and the microstructural heterogeneity generate preferential attack at the weld toe, which then propagates inwards. At a weld flaw a local corrosion rate of 1.5 mm per year would penetrate a wall of 1.2 mm in 9-10 months, although the base metal would remain largely unattacked.

Effaith Perfformiad Thermol: Cyflymiad Tymheredd Cineteg Galfanig
Cyfradd y cyrydiad galfanig rhwng copr wedi'i adneuo a thitaniwm yw Arrhenius gydag egni actifadu o tua 30-40 kJ/mol. Mae'r cynnydd mewn tymheredd o 60 gradd i 80 gradd yn arwain at gynnydd yn nwysedd y cerrynt galfanig gan ffactor o 2.5-3.0. Ar gyfer gwresogydd titaniwm sy'n rhedeg ar ddwysedd pŵer o 2.5 W/cm2, mae tymheredd wyneb y wain yn nodweddiadol 5-12 C yn uwch na'r tymheredd asid swmp yn dibynnu ar drwch y wal. Ar gyfer wal 1.0 mm mewn asid swmp 70 gradd, mae tymheredd yr wyneb tua 76 gradd ac ar gyfer wal 1.6 mm mae tua 80 gradd. Mae'r gwahaniaeth 4 gradd hwn yn codi'r gyfradd cyrydiad galfanig tua 30% ac yn rhannol negyddu'r lwfans cyrydiad cynyddol a gynigir gan y wal fwy trwchus. Yn bwysicach fyth, mae'r adwaith dyddodiad copr ei hun yn dibynnu ar dymheredd. Mae tymereddau arwyneb uwch yn gwella cyfradd leihau Cu 2+ gan arwain at ddyddodion copr mwy trwchus a mwy cryno. Mae'r dyddodion mwy trwchus hyn yn darparu arwynebau cathodig mwy, gan gynyddu'r gymhareb o anod i ardal catod a gyrru ceryntau galfanig hyd yn oed yn uwch. Mae arbrofion sbectrosgopeg rhwystriant electrocemegol yn dangos bod dwysedd y cerrynt galfanig ar dymheredd arwyneb 80{\\deg}C 1.5 gwaith yn uwch nag ar 70{\\deg}C, o ystyried yr un crynhoad copr swmp. Felly, gall y tymheredd uwch y mae'r wal fwy trwchus yn gweithredu arno achosi cyfradd cyrydiad uwch yn y weldiad, gan negyddu budd effeithiol y deunydd ychwanegol.

Masnachu-oddi ar Synthesis: Cyfraddau Cyrydiad Galfanig mewn Uniadau Weldiedig
Mae'r matrics canlynol yn dangos data cyrydiad galfanig ar gyfer tiwbiau wedi'u weldio o ditaniwm Gradd 2 mewn 10% H2SO4 gyda 100 ppm Cu2+ (fel CuSO4) ar dymheredd swmp 70 gradd, dwysedd pŵer 2.5 W/cm2. Ceir cyfraddau cyrydiad yn y parth weldio yr effeithir arno gan wres (HAZ) sef yr ardal fwyaf agored i ymosodiad galfanig.

Trwch Wal (mm) Arwyneb Allanol Tymheredd (gradd ) Cyfradd Cyrydiad Galfanig mewn Weld HAZ (mm/blwyddyn) Amser i'r Trydylliad ar Weld (misoedd) Cyfradd Cyrydiad Metel Sylfaenol (mm/blwyddyn) Lleoliad Methiant 0.9 mm 75 gradd 1.8 mm/blwyddyn 6 mis 0.10 mm/blwyddyn Weld 6 mis .1 mm 1 gradd y flwyddyn . 0.10 mm/blwyddyn Trydylliad traed Weld 1.3 mm 78 gradd 2.1 mm / blwyddyn 7.5 mis 0.12 mm / blwyddyn Trydylliad bysedd traed Weld
1.5 mm 79o C 2.2 mm / blwyddyn 8 mis 0.12 mm / blwyddyn Trydylliad bysedd traed Weld
1.8 mm 81 gradd 2.5 mm/blwyddyn 8.5 mis 0.15 mm/blwyddyn Trydylliad bysedd traed Weld 2.0 mm (di-dor, dim weld) 82 gradd Amherthnasol (dim weld) > 5 mlynedd (metel sylfaen yn unig) 0.18 mm/blwyddyn Teneuo unffurf yn unig
Mae'r data'n dangos bod digwyddiad lleoliad ac amseriad methiant yn dibynnu ar fodolaeth cyffordd weldio ac nid ar drwch y wal. Mae pob tiwb weldio o drwch wal rhwng 0.9 mm a 2.0 mm yn methu â weldio HAZ o fewn 6 - 9 mis oherwydd cyflymiad galfanig o ddyddodion copr. Fodd bynnag, mae tiwb di-dor o'r un radd titaniwm (heb gyffordd weldio) yn dangos cyrydiad unffurf o 0.15-0.18 mm y flwyddyn yn unig, a chyda wal 2.0 mm mae ganddo fywyd o 5+ o flynyddoedd. Mae'r cynnydd mewn amser trydylliad gyda thrwch wal cynyddol o 6 i 8.5 mis yn rhy gymedrol i wneud iawn am waliau mwy trwchus. Y weldiad, nid trwch y wal, yw'r brif broblem.

Peirianneg Tu Allan i'r Wal: Tynnu Copr a Dileu Weld
Mae'r mecanwaith cyflymu galfanig wedi'i leoleiddio i gymalau wedi'u weldio, felly'r gwrth-fesurau mwyaf effeithiol yw'r rhai sy'n tynnu'r weldiad neu'n atal dyddodiad copr. Yn gyntaf, gellir dileu'r HAZ sy'n agored i niwed yn llwyr trwy nodi tiwbiau titaniwm di-dor (wedi'i dynnu, heb welds hydredol), a thrwy ddefnyddio cysylltwyr flanged neu edafu yn lle capiau diwedd weldio. Mewn tiwbiau di-dor mae'r cerrynt galfanig unffurf yn cael ei wasgaru ar draws yr arwyneb cyfan ac mae'r gyfradd cyrydiad yn gymedrol (0.15-0.20 mm y flwyddyn). Bydd tiwb copr di-dor gyda thrwch o 1.2 mm yn para am 5 i 6 mlynedd mewn asid sylffwrig llygredig. Yn ail, mae'r blaendal copr yn cael ei ddiddymu cyn i'r gell galfanig gael ei adeiladu trwy dynnu copr o bryd i'w gilydd trwy drochi'r gwresogydd mewn asid nitrig 5% ar 50 gradd am 30 munud bob 2-4 wythnos. Gall hyd yn oed gwresogyddion weldio bara 2-3 blynedd gyda rhaglen lanhau gan fod y cylch atal yn torri i ffwrdd ymosodiad galfanig cyson. Yn drydydd, mae ychwanegu atalydd cyrydiad o'r fath benzotriazole (BTA, 10-50 ppm) yn arwain at ffurfio gorchudd amddiffynnol ar y dyddodion copr, sy'n goddef yr wyneb cathodig ac yn lleihau'r cerrynt galfanig 80-90%. "Defnyddir BTA yn helaeth mewn prosesu copr ac mae'n gydnaws ag asid sylffwrig. Mae canlyniadau maes o weithrediadau electrowinning copr yn dangos bod 20 ppm BTA yn lleihau cyfradd cyrydiad HAZ weldio o 2.0 mm y flwyddyn i 0.3 mm y flwyddyn, gan gynyddu bywyd y gwresogydd weldio o 6 mis i dros 3 blynedd.

Casgliad: Nid trwch wal yw'r Ateb, Dileu Weld neu Reoli Copr yw
Mae cyflymiad cyrydiad galfanig tiwb gwresogi titaniwm mewn hydoddiant asid sylffwrig 10% aeredig cynnes gydag ïonau copr 100 ppm wedi'i leoli ar uniadau weldio, lle mae dyddodion copr yn ffurfio cell galfanig, sy'n arwain at gyfraddau ymosodiad lleol o 1.8-2.5 mm y flwyddyn. Mae cynyddu trwch y wal o 0.9 mm i 2.0 mm yn unig yn cynyddu'r amser i drydylliad yn y weldiad o 6 mis i 8.5 mis, budd bach nad yw'n cyfiawnhau'r gost ddeunydd ychwanegol a'r gosb thermol. Y dull sylfaenol yw naill ai tynnu'r gyffordd wedi'i weldio yn gyfan gwbl trwy ddefnyddio tiwbiau titaniwm di-dor sy'n cyrraedd 5+ o flynyddoedd o fywyd gwasanaeth ar drwch wal 1.2 mm, neu reoli dyddodiad copr trwy lanhau asid cyfnodol neu gynnwys atalydd benzotriazole. Wrth nodi ar gyfer asid sylffwrig llygredig copr, nid wal fwy trwchus yw'r fanyleb bwysig ond angen am adeiladwaith di-dor (ASTM B861, gradd ddi-dor) a threfn lanhau a argymhellir neu ychwanegiad atalydd. Bydd gwresogydd wedi'i weldio yn methu yn y weldiad o fewn blwyddyn ni waeth pa mor drwchus yw'r wal. Bydd gwresogydd di-dor gyda wal arferol o 1.2 mm yn well nag unrhyw wresogydd wedi'i weldio o ba bynnag drwch wal. Rhowch wybod i'r gwneuthurwr am y crynodiad ïon copr a ragwelir (ppm) a'r posibilrwydd o lanhau cyfnodol. Gofynnwch am gadarnhad yn cadarnhau bod gan y gwresogydd diwbiau di-dor heb unrhyw welds hydredol neu gylchferol yn y parth gwresogi.