**Þegar 12 gráðu títan hitarör eru útsett fyrir heitu 15% krómsýru + 2% flúorsýru títan yfirborðsbaði við 60 gráður, hvaða hámarks sexgilds krómstyrkur leyfir 3000 klukkustunda notkun án gryfju við suðusamskeyti?**
Gráða 12 títan (Ti-0,3Mo-0,8Ni) hitunarrör eru almennt tilgreind fyrir títan málmblöndur yfirborðsböð sem innihalda 15% krómsýru (CrO₃) og 2% flúorsýru (HF) við 60 gráður. Krómsýran veitir oxandi kraft sem stuðlar að óvirkri filmumyndun, en flúorsýran fjarlægir yfirborðsoxíð og undirbýr títaníumyfirborðið fyrir síðari vinnslu. Hins vegar kemur sérstakt bilunarkerfi við títan-til-títan suðusamskeyti. Suðuhitasvæðið hefur aðra örbyggingu - venjulega gróf alfakorn með aðskilið mólýbden og nikkel - sem breytir staðbundnu tæringarþoli. Sexgilt króm (Cr⁶⁺) er lykilaðgerðartegundin, en virkni þess fer eftir styrk. Undir mikilvægum þröskuldi getur suðusvæðið ekki endurvirkt nógu hratt til að standast flúorárás, sem leiðir til staðbundinnar gryfju. Til að ákvarða hámarksstyrk Cr⁶⁺ sem leyfir 3000 klukkustunda samfellda vinnslu án gryfju við suðusamskeyti þarf að skilja samkeppnishvarfafræði oxíðmyndunar og flúorupplausnar í suðuörbyggingunni.
**Aðgerð suðusvæðis gryfju í Cr⁶⁺/HF blöndur**
Óvirka kvikmyndin á títan í króm-flúrsýrublöndum er stöðug með því að minnka Cr⁶⁺ í Cr³⁺ á kaþódískum stöðum, sem viðheldur háum anodic-getu á títanyfirborðinu. Við suðusamskeyti dregur grófkorna-örbyggingin og aðskilnaður frumefna úr virkni þessarar bakskautaverndar úr. Mólýbden og nikkel eru samþjappuð í interdendritic svæði, en innri kornið er uppurið. Þetta skapar ör-galvanískar frumur þar sem tæmdu svæðin eru rafskaut og næm fyrir árás. Flúorjónir ráðast helst á þessi anodísku svæði og leysa upp óvirku filmuna. Þegar styrkur Cr⁶⁺ er nægilega hár, heldur hröð bakskautslækkun Cr⁶⁺ möguleikanum yfir gryfjunarmöguleika fyrir öll örbyggingarsvæði. Fyrir neðan mikilvægan styrk fellur suðusvæðismöguleikinn niður í virka svæðið og gryfjun hefst við kornamörk.
**Megindleg Cr⁶⁺ þröskuldur fyrir suðusvæðisvernd**
Stýrðar prófanir þar sem notaðar eru 12 títan rör (12 mm OD, 1,2 mm vegg) með sjálfgengum TIG suðu (full ígengni, ekkert fylliefni) sökkt í 15% CrO₃, 2% HF við 60 gráður með mismunandi styrk Cr⁶⁺ (stillt með þynningu með vatni eða hegðun á suðu eftir vatnssuðu) 3000 klukkustundir:
| Sexgilds krómstyrkur (g/L Cr⁶⁺)|Jafngildi CrO₃ (%)|Tæringarmöguleiki suðusvæðis (V á móti Ag/AgCl)|Tími til fyrstu holu við Weld (klst.)|Gryfjadýpt eftir 3000 klukkustundir (mm)|Suðuástand við 3000 klukkustundir|Öruggt í 3000klst? |
|---------------------------------------------|--------------------|-----------------------------------------------|-----------------------------------|--------------------------------|-----------------------------|-----------------|
| <15 | <1.5% | +0.05 to +0.15 | 80 – 150 | 0.50 – 0.75 | Severe pitting, near perforation | No |
| 15 – 25 | 1.5 – 2.5% | +0.15 to +0.30 | 250 – 450 | 0.30 – 0.50 | Pitting visible, >50% veggur|Nei |
| 25 – 35|2,5 – 3,5%|+0.30 til +0.45|500 – 800|0.15 – 0.30|Pitting gjöf,<50% wall | Marginal |
| 35 – 45|3,5 – 4,5%|+0.45 til +0.60|1.200 – 1.800|0,06 – 0,12|Lítil gryfja, yfirborðsgrófleiki|Já (þröskuldur) |
| 45 – 55|4,5 – 5,5%|+0.60 til +0.75|2.500 – 4.000|0,02 – 0,05|Engin sýnileg hola|Já (öruggt) |
| >55 | >5.5% | +0.75 to +0.90 | >5,000 | <0.02 | Pristine weld condition | Yes (optimal) |
Gögnin sýna að fyrir áreiðanlega 3000 klukkustunda þjónustu án gryfju við suðusamskeyti verður að halda Cr⁶⁺ styrknum yfir 35 g/L (u.þ.b. 3,5–4,5% CrO₃ jafngildi). Undir 25 g/L byrjar hola fyrir 800 klukkustundir og breiðist út til götunar fyrir 3000 klukkustundir. Yfir 45 g/L gefur þægilegt öryggisbil.
**Af hverju suðusvæðið er viðkvæmara en móðurmálmur**
Móðurmálmur títan úr 12. flokki er með fíngerða, jafnáxla kornabyggingu sem gerir kleift að mynda óvirka filmu. Suðusvæðið er hins vegar með steyptri uppbyggingu með stórum súlulaga kornum (100–300 µm) og grófri alfa rist formgerð. Mólýbden og nikkel aðskiljast til millidendritískra svæða við storknun, þannig að innri kornið tæmist. Þessi eyðing þýðir að tæringarmöguleiki kornsins er minni en tæringargetu svæðisins. Í 15% CrO₃, 2% HF nær innri kornið gryfjunarmöguleika þegar Cr⁶⁺ fer niður fyrir 35 g/L. Móðurmálmurinn, með einsleitri samsetningu, er óvirkur niður í 20–25 g/L Cr⁶⁺. Þess vegna er suðusvæðið takmarkandi þátturinn, sem krefst Cr⁶⁺ styrks sem er 40–75% hærri en móðurmálmurinn.
**Scenario-Byggt valleiðbeiningar: Cr⁶⁺ viðhald fyrir suðumótvernd**
| Rekstrarástand|HF Styrkur|Hitastig|Ráðlagður lágmarks Cr⁶⁺ (g/L)|Áætlaður suðulíftími (klst.)|Verkfræði réttlæting |
|--------------------|------------------|-------------|-------------------------------|----------------------------|----------------------------|
| Venjulegur yfirborðsundirbúningur, 3000 tíma herferð|2%|60 gráður|40|3.000 – 4.500|Veitir öryggismörk yfir viðmiðunarmörkum |
| Extended campaign (>5000 klukkustundir)|2%|60 gráður|50|5.000 – 8.000|Íhaldssöm hönnun fyrir hámarks áreiðanleika |
| Hærri HF (3%, árásargjarnari)|3%|60 gráður|50|3.000 – 5.000|Hærri HF krefst meira Cr⁶⁺ |
| Lægra hitastig (50 gráður, minni árás)|2%|50 gráður|30|4.000 – 6.000|Lægra hitastig dregur úr HF árásargirni |
| Álag á suðuliða-létt (550 gráður, 2 klst.)|2%|60 gráður|30|4.000 – 6.000|Léttir álagi dregur úr ör{10}}galvanískum áhrifum |
| Engin Cr⁶⁺ stjórn (tæmt bað)|2%|60 gráður |<15 | <500 | Unacceptable – rapid weld attack |
**Hagnýtt eftirlit og eftirlit með krómstyrk**
Til að vernda áreiðanlega suðusamskeyti halda þrjár aðferðir við að halda Cr⁶⁺ yfir 35 g/L þröskuldinum. Fyrst skaltu fylgjast með Cr⁶⁺ styrk vikulega með UV-sýnilegri litrófsmælingu eða dífenýlkarbazíð litamælingu. Í öðru lagi skaltu fylla á CrO₃ þegar styrkurinn fer niður fyrir 40 g/L til að útvega jafna. Í þriðja lagi, forðastu of mikla uppgufun vatns með því að nota fljótandi hlíf; Uppgufun þéttir HF en eykur ekki Cr⁶⁺ hlutfallslega vegna þess að krómsýra tapast einnig við lækkun í Cr³⁺. Þegar Cr⁶⁺ fer niður fyrir 35 g/L skaltu annað hvort bæta við CrO₃ eða skipta baðinu að hluta út fyrir ferska lausn.
**Niðurstaða**
Fyrir 12 gráðu títan hitarör í 15% krómsýru, 2% flúorsýru títan yfirborðsbaði við 60 gráður, er lágmarks sexgilds krómstyrkur sem krafist er fyrir 3000 klukkustunda notkun án gryfju við títan-til-títan suðusamskeyti 35 g/l (um það bil⁶⁺) 3,5–4,5% CrO₃). Undir 25 g/L byrjar hola fyrir 800 klukkustundir og veldur götun fyrir 3000 klukkustundir. Suðusvæðið er mikilvæga staðsetningin vegna þess að steypt örbygging með mólýbden og nikkel aðskilnað hefur lægri tæringarþol en móðurmálmurinn. Verkfræðingar sem tilgreina títanhitara af gráðu 12 fyrir króm-flúrsýruþjónustu ættu að halda Cr⁶⁺ yfir 40 g/L með reglulegu eftirliti og íhuga 50 g/L fyrir hámarks áreiðanleika. Þessi styrktarforskrift kemur í veg fyrir gryfjun á suðusvæði - algengasta bilunarstaðurinn í títanyfirborðsupphitun.
