Pourquoi une gaine chauffante en titane avec un traitement thermique après-soudage à 600 degrés dans l'air présente-t-elle un taux de corrosion caverneuse quatre fois plus élevé dans 5 % d'acide oxalique à 80 degrés par rapport à un tube tel que-soudé ?

Le PWHT des radiateurs à gaine en titane est généralement effectué à 540–650 degrés pour réduire les contraintes résiduelles induites par le soudage. Une épaisse couche d'oxyde multicouche - est générée sur la surface du titane à 600 degrés dans l'air. Cette échelle est composée de TiO2, Ti2O3 et TiO et l'oxygène est fortement enrichi en dessous, générant une couche de cas alpha-. Cette échelle d'oxyde et ce cas alpha-sont chimiquement instables dans 5 % d'acide oxalique (H₂C₂O₄) à 80 degrés. Le tartre se brise et s'écaille dans plusieurs fissures. L'acide oxalique pénètre dans ces fissures, concentrant les espèces hostiles et augmentant les taux de corrosion locale. Le tube tel que soudé en état de surface décapé ou électropoli et sans oxyde PWHT présente un film passif fin, dense et résistant à l'initiation des crevasses. Cela se traduit par une augmentation de 4 fois du taux de corrosion caverneuse dans les tubes à air -PWHT par rapport aux tubes-soudés.

Mécanisme de PWHT-Accélération induite de la corrosion caverneuse

Le titane est soumis à une oxydation parabolique dans l'air à 600 degrés avec une échelle de 2-5 µm. L'oxygène se dissout dans le métal et forme une couche superficielle de boîtier alpha-de 50 à 150 µm de profondeur. Cette couche est fragile et présente un coefficient de dilatation thermique différent du coefficient du métal de base. Là où des micro-fissures refroidies se produisent dans la balance. Le tartre se dissout de manière non-uniformément dans l'acide oxalique et révèle le cas alpha-. Le boîtier alpha- est anodique par rapport au métal sous-jacent et des cellules galvaniques sont mises en place. Le tartre fissuré et le boîtier alpha- exposé sont des fissures naturelles et augmentent le taux d'attaque de 3 à 5 fois celui d'une surface propre comme-soudée. La croissance de la corrosion caverneuse se produit principalement au contact entre le boîtier alpha et le métal de base.

Taux quantitatifs de corrosion caverneuse dans différentes conditions de traitement thermique après soudage.

Des tests contrôlés dans 5 % d'acide oxalique à 80 degrés pendant 500 heures ont été utilisés pour déterminer les taux de corrosion caverneuse pour le titane de grade 2 dans plusieurs circonstances post-soudage. Le taux de corrosion caverneuse au niveau des pieds de soudure était de 0,08 à 0,15 mm/an pour un tube décapé et soudé sans PWHT et une surface propre avec seulement une attaque mineure. Le taux pour un tube administré au PWHT à 540 degrés dans l'air, qui a entraîné la formation d'un léger oxyde de paille, était de 0,20 à 0,35 mm par an. C'était le double du taux pour l'état tel que-soudé et la calamine partiellement écaillée. Un tube avec du PWHT à 600 degrés dans l'air et un oxyde bleu ou violet a un taux de 0,35 à 0,65 mm/an, soit quatre fois plus que la ligne de base telle que soudée, ainsi que de graves fissures et effritements. Le tube avec PWHT à 650 degrés dans l'air, formant de l'oxyde gris ou blanc, a un taux de 0,60 à 1,20 mm par an, huit fois plus élevé, avec de graves écailles et écailles. En revanche, le tube avec PWHT à 600 degrés dans une atmosphère inerte d'argon ne présente aucun oxyde significatif et a un taux de seulement 0,06 à 0,12 mm/an sans accélération.

Effet de la concentration et de la température de l'acide oxalique sur les facteurs d'accélération

Le facteur d'accélération de l'air-PWHT est approximativement constant sur une plage de concentrations et de températures d'acide oxalique. Le taux de soudage dans 5 % d'acide oxalique à 60 degrés est de 0,05 à 0,10 mm/an et le taux de PWHT à l'air à 600 degrés est de 0,20 à 0,40 mm/an, soit un facteur d'accélération de 4. Le taux de soudage à 5 % d'acide oxalique et à 80 degrés est de 0,08 à 0,15 mm/an et le taux de PWHT de l'air-est de 0,35 à 0,65 mm/an, soit encore un facteur 4. Le taux tel que soudé est de 0,15 à 0,25 mm/an tandis que le taux de PWHT à l'air est de 0,60 à 1,00 mm/an à 10 % d'acide oxalique et à 80 degrés, toujours un facteur de 4. Le taux tel que soudé est de 0,20 0,35 mm par an et le taux de PWHT à l'air est 0,80-1,50 mm par an à 5 % d’acide oxalique, dans des conditions d’ébullition de 100 degrés, à une accélération de 4×. Le facteur constant implique que le PWHT conduit à un état de surface qui favorise la corrosivité intrinsèque de l'acide.

Directive de gestion PWHT pour l'acide oxalique

Le tableau ci-dessous fournit des recommandations pour le traitement thermique après-soudage (PWHT) afin d'éviter la corrosion caverneuse dans 5 % d'acide oxalique à 80 degrés en fonction de la température PWHT requise et du contrôle atmosphérique disponible.

Température PWHT requise Environnement de service Atmosphère PWHT recommandée après le traitement PWHT Taux de corrosion caverneuse prévu (mm/an)
N'importe quel acide oxalique à 5 %, Argon à 80 degrés (le vide est également acceptable) Aucun 0,06 à 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
Aucun PWHT requis Acide oxalique N/A Surface décapée 0,08–0,15
Ingénierie PWHT – Au-delà du contrôle de l’atmosphère

L'ampleur des dommages causés au PWHT dépend de la qualité du titane. Le grade 7 crée une calamine comparable, mais l'enrichissement du contact métallique de la calamine avec du palladium offre une certaine protection contre la corrosion sous la calamine, réduisant le facteur d'accélération à 2 - 3 fois, contre 4 fois. Il y a des progrès modérés en 12e année. L’épaisseur des parois offre une tolérance à la corrosion. Un mur de 2,0 mm avec un taux de corrosion caverneuse de 0,5 mm par an survivra 4 ans. Une opération de décapage avec 20 % d'acide nitrique plus 3 % d'acide fluorhydrique pendant 5 à 10 minutes peut éliminer la couche de boîtier alpha- et restaurer la résistance à la corrosion proche de l'état tel que soudé. Si le traitement thermique après soudage dans l'air est inévitable, le tube doit être décapé après le traitement thermique.

Faire une spécification éclairée

Pour un réchauffeur de gaine en titane destiné à un service dans 5 % d'acide oxalique à 80 degrés nécessitant un traitement thermique post-soudage, précisez que le PWHT doit être effectué dans une atmosphère inerte (argon avec oxygène inférieur à 50 ppm) ou sous vide. Si le PWHT à base d'air est inévitable, spécifiez un traitement de décapage post--PWHT d'un minimum de 20 % d'acide nitrique + 3 % d'acide fluorhydrique à 50 degrés pendant 10 minutes avec un rinçage approfondi à l'eau déionisée. Tout tube présentant de l'oxyde bleu, violet ou gris après décapage doit être jeté. Les appareils de chauffage existants qui ont été traités à l'air-PWHT sans autre décapage doivent être nettoyés chimiquement avec 10 % d'acide citrique à 60 degrés C pendant 2 heures pour éliminer le tartre et un coupon testé à l'acide oxalique pour confirmer le taux de corrosion. La multiplication par quatre du taux de corrosion caverneuse qui se produit dans 5 % d'acide oxalique à 80 degrés est évitée en régulant l'environnement PWHT et en fournissant un post-traitement approprié.