Tubi elettriċi tat-tisħin installati f'tankijiet tal-ħażna tal-ilma sħun ħafna drabi huma mmuntati permezz ta 'flanġijiet tal-azzar tal-karbonju jew appoġġjati minn parentesi tal-azzar tal-karbonju wweldjati mal-ħajt tat-tank. Meta l-għata ta 'l-istainless steel 316 tikkuntattja l-istruttura ta' l-azzar tal-karbonju permezz ta 'mogħdija konduttiva - bħal bracket ta' immuntar tal-metall, konnessjoni bil-kamin, jew saħansitra permezz ta 'pontijiet ta' skala konduttiva - ċellula ta 'korrużjoni galvanika tistabbilixxi. L-istainless steel 316 jaġixxi bħala l-katodu (nobbli) u l-azzar tal-karbonju bħala l-anodu (attiv). F'sistemi mhux magħqudin li m'għandhomx iżolament dielettriku jew protezzjoni katodika, il-komponent tal-azzar tal-karbonju jissaddad b'rati aċċellerati. Madankollu, id-dejta tal-falliment fuq il-post minn ħiters tal-ilma kummerċjali tiżvela sejba inqas intuwittiva: il-kurrent galvaniku jagħmel ħsara wkoll lill-għant tal-istainless steel 316, speċifikament fiż-żoni affettwati tas-sħana tal-weldjatura-. Il-kurrent katodiku li jiċċirkola mill-wiċċ 316 għall-azzar tal-karbonju permezz tal-elettrolit ibiddel il-potenzjal 316 f'reġjun aktar attiv fejn il-film passiv isir instabbli, li jwassal għal pitting aċċellerat u korrużjoni tal-xquq fis-sieq tal-weldjatura u HAZs sensitizzati. Dan il-mekkaniżmu kontrointuwittiv - polarizzazzjoni katodika li tikkawża korrużjoni tal-materjal nominalment nobbli - iseħħ minħabba li l-koppja galvanika tmexxi l-wiċċ 316 fir-reġjun ta' transizzjoni attiva-passiv. Dan l-artikolu jikkwantifika d-densitajiet tal-kurrent galvaniku u r-rati ta 'korrużjoni għal koppji ta' azzar 316-karbonju f'ilma sħun u jipprovdi speċifikazzjonijiet tad-disinn biex jipprevjenu kemm ħela ta 'azzar tal-karbonju kif ukoll attakk ta' weldjatura 316.
Fenomenu ta' Treġġigħ lura tal-Koppji Galvaniċi f'Ilma Taħraq, Baxx-Klorur
Is-serje galvanika konvenzjonali f'temperatura ambjentali-ilma baħar tpoġġi 316 stainless steel bħala nobbli (katodiku) għal azzar tal-karbonju, b'differenza potenzjali ta 'madwar 300–400 mV. L-azzar tal-karbonju jissaddad b'mod sacrificial, u jipproteġi l-istainless steel. Dan jibqa' minnu f'ilmijiet kesħin u konduttivi. Madankollu, fl-ilma sħun (60-80 grad) b'konduttività moderata għal baxxa (500-3000 µS/cm), l-imġieba galvanika tinbidel. Il-film passiv ta 'l-istainless steel 316, stabbli f'temperatura ambjentali, isir inqas protettiv f'temperaturi elevati, partikolarment fil-preżenza ta' traċċi kloruri (20-100 ppm tipiċi ta 'ilma muniċipali). Il-potenzjal taċ-ċirkwit miftuħ ta '316 f'ilma tal-vit ta' 80 grad jinbidel b'mod katodika b'150-250 mV meta mqabbel mal-valur tat-temperatura tal-kamra tiegħu, u jġibu eqreb lejn il-potenzjal tal-korrużjoni tal-azzar tal-karbonju.
Meta akkoppjat galvanikament, il-potenzjal imħallat tal-par ta' azzar tal-karbonju 316-jaqa' f'valur fejn 316 mhuwiex passiv għal kollox iżda jirrisjedi fir-reġjun ta' transizzjoni attiv-passiv. F'din il-firxa potenzjali, il-wiċċ 316 jesperjenza tkissir perjodiku tal-film u repassivation, li jwassal għal korrużjoni lokalizzata fl-iktar siti dgħajfa - tipikament il-weldjatura HAZ, fejn it-tnaqqis tal-kromju u l-istress residwu jikkonċentraw l-attakk. Skans potenzjodinamiċi ta' 316 f'ilma tal-vit ta' 80 grad (80 ppm Cl⁻, 200 µS/cm) juru reġjun passiv minn -200 sa +150 mV kontra SCE, quċċata attiva f'madwar -100 mV, u tqassim transpassiv 'il fuq minn +150 mV. Il-potenzjal imħallat ta 'koppja ta' l-azzar 316-karbonju (proporzjon taż-żona 1:10, li jfisser li l-anodu ta 'l-azzar tal-karbonju huwa għaxar darbiet akbar mill-katodu 316) jistabbilizza f'-50 sa +50 mV - direttament fit-tranżizzjoni attiva-passiva fejn il-film passiv huwa instabbli.
Kurrenti Galvaniċi Kwantifikati u Rati ta 'Korrużjoni f'Ħażna Simulata ta' Ilma sħun
Twettqu esperimenti ta 'akkoppjar galvaniku kkontrollat bl-użu ta' 316 kampjun ta 'kisi tal-istainless steel (12 mm OD, ħajt ta' 1.2 mm, inklużi weldjaturi TIG awtoġeni) u pjanċi tal-azzar tal-karbonju (A36, li jirrappreżentaw materjal tal-ħajt tat-tank). L-elettrolit kien ilma tal-vit sintetiku (80 ppm Cl⁻, 120 ppm SO₄²⁻, 150 ppm Ca²⁺, pH 7.2, konduttività 350 µS/cm) f'75 grad. Il-proporzjon tal-erja tal-azzar tal-karbonju għal 316 kien varjat minn 1:1 sa 20:1, li jirrappreżenta konfigurazzjonijiet differenti tal-erja tal-wiċċ ta' heater-għa-tank. L-ammetri ta' reżistenza żero-kejlu l-kurrent galvaniku, u l-kampjuni ġew eżaminati wara 1000 siegħa għal ħsara mill-korrużjoni.
| Proporzjon taż-Żona (Azzar tal-Karbonju: 316) | Densità tal-kurrent galvaniku fuq 316 (µA/cm²) | Potenzjal Imħallat (mV vs SCE) | Rata ta' Korrużjoni ta' l-Azzar tal-Karbonju (mm/sena) | 316 Weld HAZ Pitting Depth Wara 1000 Siegħa (µm) | 316 Modalità Ħsara |
|---|---|---|---|---|---|
| Ebda akkoppjar (iżolat) | 0 | -180 (316 waħdu) | 0.05 (isfond) | 5 | Xejn |
| 1:1 | 12 | -20 | 0.35 | 15 | Inċiżjoni ħafifa fil-weldjatura |
| 5:1 | 28 | +10 | 0.85 | 45 | Fosos f'HAZ, siti multipli |
| 10:1 | 35 | +30 | 1.20 | 85 | Pitting sever, tnaqqis tal-ħajt għal 1.0 mm |
| 20:1 | 38 | +45 | 1.40 | 120 | Qrib-perforazzjoni, attakk estensiv ta' weldjatura |
| 10:1 b'iżolament dielettriku (boxxla tan-najlon) | 2 | -160 | 0.08 | 8 | L-ebda attakk sinifikanti |
Il-proporzjon taż-żona ta '20:1 (tipiku ta' heater wieħed f'tank kbir ta 'ilma sħun domestiku) ipproduċa densità ta' kurrent galvaniku ta '38 µA/cm² fuq il-wiċċ 316. Filwaqt li huwa żgħir, dan il-kurrent huwa biżżejjed biex iċċaqlaq il-potenzjal ta' 316 mill-valur iżolat tiegħu ta' -180 mV għal +45 mV – bidla ta' 225 mV fit-tranżizzjoni attiva-passiva. L-azzar tal-karbonju imsadda b'1.4 mm/sena, li jtaqqab ħajt tat-tank ta '6 mm f'madwar 4 snin. Aktar importanti minn hekk għall-ħajja tal-heater, il-HAZ ta 'weldjatura 316 żviluppat ħofor b'medja ta' 120 µm fond wara biss 1000 siegħa, b'xi ħofor jippenetraw 80% mill-ħajt ta '1.2 mm.
Sensittività ta '316 Weld HAZ għal Polarizzazzjoni Galvanika f'Ilma sħun
Iż-żona affettwata tas-sħana tal-weldjatura-uriet li hija l-aktar post vulnerabbli fuq il-kisja 316 għal korrużjoni indotta galvanikament. Din is-sensittività ġejja minn tliet fatturi. L-ewwel, il-HAZ fih reġjuni mnaqqsa tal-kromju-(baxx sa 12–13% Cr) minħabba preċipitazzjoni tal-karbur waqt l-iwweldjar, anke fi 316L b'karbonju baxx. It-tieni, il-ġeometrija tas-sieq tal-weldjatura toħloq kundizzjoni-bħax-xquq fejn it-tisħiħ tal-weldjatura jilħaq il-metall bażiku. It-tielet, tensjonijiet tensili residwi mill-iwweldjar huma kkonċentrati fil-HAZ. Taħt polarizzazzjoni galvanika, dawn il-fatturi jingħaqdu biex jipproduċu attakk lokalizzat f'densitajiet kurrenti 5-10 darbiet ogħla milli fuq il-metall bażiku.
Il-kejl tal-mikroelettrodi tad-distribuzzjoni tal-kurrent galvaniku tul kampjun ta’ għant 316 iwweldjat akkoppjat ma’ azzar tal-karbonju (proporzjon taż-żona 10:1) wera:
Metall bażiku (bogħod mill-weldjatura): 28 µA/cm², uniformi
HAZ (sa 2 mm mil-linja tal-fużjoni): 110–180 µA/cm², lokalizzat
Metall tal-weldjatura: 45 µA/cm², uniformi
Toe tal-weldjatura (junction): 220 µA/cm², ikkonċentrat ħafna
Id-densità tal-kurrent elevata fil-HAZ u s-sieq tal-weldjatura tispjega għaliex il-pittura seħħet b'mod preferenzjali f'dawn il-postijiet aktar milli fuq il-bqija tal-għant. Il-potenzjal imkejjel tal-pitting tal-HAZ f'ilma tal-vit ta' 80 grad kien -50 mV kontra SCE, filwaqt li l-potenzjal imħallat taħt l-akkoppjar ta '10:1 kien +30 mV - forza li tmexxi 80 mV li żgurat xoljiment attiv kontinwu fil-HAZ.
Soluzzjonijiet tad-Disinn għall-Iżolament Galvaniku f'Tankijiet tal-Ħżin tal-Ilma sħun
Tliet approċċi tad-disinn jeliminaw jew itaffu l-korrużjoni galvanika bejn 316 għant u strutturi tat-tank tal-azzar tal-karbonju. L-aktar effettiv huwa iżolament dielettriku komplut. Speċifika li l-konnessjonijiet kollha tal-immuntar tal-heater – kemm jekk bil-kamin, flanġ, jew bracket-immuntati – jinkorporaw bushings dielettriċi, gaskits, jew kmiem li jipprovdu reżistenza elettrika li taqbeż 1 MΩ bejn il-kisja 316 u kwalunkwe komponent tal-azzar tal-karbonju. Najlon, ħġieġ-polipropilene mimli, jew PTFE huma materjali adattati għall-boxxli. Għaqdiet dielettriċi b'ħjut miksija bil-polimer-jipprevjenu wkoll il-fluss tal-kurrent mis-sistema tal-pajpijiet.
Meta l-iżolament sħiħ ma jkunx prattiku (eż., f'installazzjonijiet retrofit fejn il-ħiter jitwaħħal direttament f'nofs akkoppjar tal-azzar tal-karbonju), it-tieni approċċ huwa li ireġġa' lura l-proporzjon taż-żona. Anodu żgħir tal-azzar tal-karbonju akkoppjat ma 'katodu 316 kbir jikkawża ħela ta' anodu mgħaġġla iżda polarizzazzjoni minima 316. Billi żżid deliberatament anodu tas-sagrifiċċju tal-azzar tal-karbonju sostitwibbli (eż., pjanċa ta '50 mm × 100 mm imbarrata mal-ħajt tat-tank ħdejn il-heater), il-proporzjon tal-erja jsir 316:anodu=10:1 jew ogħla. F'din il-konfigurazzjoni, il-potenzjal imħallat jibqa 'qrib il-potenzjal iżolat 316 (-150 sa -180 mV), u l-għant 316 jibqa' kompletament passiv. L-anodu tas-sagrifiċċju jiġi kkunsmat u mibdul perjodikament.
It-tielet approċċ japplika għall-fabbrikazzjoni ta ' tankijiet ġodda. Speċifika li l-uċuħ kollha tal-azzar tal-karbonju mgħaddsa – inkluż l-intern tat-tank u kwalunkwe parentesi tal-immuntar – jirċievu kisja ta’ protezzjoni katodika bħal hot-dip galvanizing, epoxy, jew polyurea. Weldjatura tal-azzar tal-karbonju mhux miksi jew tarf maqtugħ żgħir daqs 1 cm² jista 'jsuq korrużjoni galvanika fuq għant 316 fil-qrib. Għal tankijiet li ma jistgħux jiġu miksija bis-sħiħ, installa sistema ta 'protezzjoni katodika ta' kurrent impressjonat b'enerġija b'anodu inert (titanju miksi bl-ossidu tal-metall imħallat) u elettrodu ta 'referenza. Is-sistema żżomm il-ħajt tat-tank f'-800 sa -900 mV kontra Cu/CuSO₄, li fl-istess ħin tipproteġi l-azzar tal-karbonju u tbiddel il-potenzjal 316 f'reġjun passiv sikur.
Lingwa tal-Ispeċifikazzjoni għall-Ħaters tat-Tank tal-Ħażna tal-Ilma sħun
Meta jakkwistaw 316 tubi ta 'tisħin elettriku miksi bl-istainless steel għall-installazzjoni f'tankijiet tal-ħażna tal-ilma sħun tal-azzar tal-karbonju - inklużi ħiters tal-ilma kummerċjali, reċipjenti tal-ħażna termali, u tankijiet buffer - l-inġiniera għandhom jinkludu rekwiżiti espliċiti ta' iżolament galvaniku. L-assemblaġġ tal-heater għandu jinkorpora iżolament dielettriku bejn il-kisja tal-istainless steel 316 u kwalunkwe komponenti ta 'immuntar tal-azzar tal-karbonju (flanġijiet, parentesi, jew konnessjonijiet bil-kamin), li jipprovdu reżistenza elettrika minima ta' 1 MΩ imkejla f'500 V DC. Għal installazzjonijiet bil-kamin, speċifika unjoni dielettrika jew ferrule tan-najlon. Għal installazzjonijiet flanged, speċifika gaskits PTFE jew EPDM bi kmiem dielettriċi fuq il-boltijiet kollha. F'applikazzjonijiet ta' retrofit fejn ma jistax jintlaħaq iżolament sħiħ, speċifika li l-heater ikun akkumpanjat minn anodu ta' sagrifiċċju sostitwibbli (manjeżju jew aluminju) daqs li jipproteġi l-għant 316 u l-azzar tal-karbonju maġenb, bil-massa tal-anodu kkalkulata skont NACE SP0387 għall-volum tat-tank u l-kimika tal-ilma. Għall-fabbrikazzjoni ta' tankijiet ġodda, speċifika li l-uċuħ kollha tal-azzar tal-karbonju sa 300 mm minn kull penetrazzjoni tal-heater jirċievu kisja protettiva (ħxuna ta' film niexef ta' minimu ta' 250 µm) u li l-uċuħ kollha miksija jiġu spezzjonati għall-vaganzi (pinholes) bl-użu ta' tester ta' sponża mxarrba ta' vultaġġ baxx-. Billi jindirizzaw l-igganċjar galvaniku bħala varjabbli primarju tad-disinn - mhux bħala protezzjoni mill-korrużjoni tat-tank - inġiniera jistgħu jipprevjenu fallimenti ta 'weldjatura ta' għant 316 li tipikament jidhru fi żmien 12-24 xahar f'sistemi mhux protetti.
