**Når en grad 12 titanium dykvarmer udsættes for en varm 15 % chromsyre + 2 % flussyreblanding ved 60 grader til forberedelse af titanlegeringsoverfladen, hvilken maksimal hexavalent chromkoncentration tillader 3000 timers drift uden gruber ved titanium-til **svejsning af titanium?
Grad 12 titanium (Ti-0,3Mo-0,8Ni) dykvarmere er almindeligvis specificeret til titanlegeringsoverfladebehandlingsbade, der indeholder 15 % kromsyre (CrO₃) og 2 % flussyre (HF) ved 60 grader. Chromsyren giver oxiderende kraft, der fremmer passiv filmdannelse, mens flussyren fjerner overfladeoxider og forbereder titaniumoverfladen til efterfølgende bearbejdning. Der opstår dog en specifik fejlmekanisme ved titanium-til-titanium svejsesamlinger. Den svejsevarmepåvirkede zone har en anden mikrostruktur – typisk grove alfa-korn med segregeret molybdæn og nikkel – som ændrer den lokale korrosionsbestandighed. Hexavalent chrom (Cr⁶⁺) er den vigtigste passiverende art, men dens effektivitet afhænger af koncentrationen. Under en kritisk tærskel kan svejsezonen ikke repassivere hurtigt nok til at modstå fluorangreb, hvilket fører til lokaliseret grubetæring. Bestemmelse af den maksimale Cr⁶⁺-koncentration, der tillader 3000 timers kontinuerlig drift uden fordybninger ved svejsesamlinger, kræver forståelse af den konkurrencedygtige kinetik af oxiddannelse og fluoridopløsning i svejsemikrostrukturen.
**Mekanisme for svejsezonegrubdannelse i Cr⁶⁺/HF-blandinger**
Den passive film på titanium i chrom--fluorsyreblandinger stabiliseres ved reduktion af Cr⁶⁺ til Cr³⁺ på katodiske steder, hvilket opretholder et højt anodisk potentiale på titaniumoverfladen. Ved svejsesamlinger reducerer den groft-kornede mikrostruktur og elementære adskillelse effektiviteten af denne katodiske beskyttelse. Molybdæn og nikkel er koncentreret i de interdendritiske områder, mens kornets indre er udtømt. Dette skaber mikro-galvaniske celler, hvor de udtømte zoner er anodiske og modtagelige for angreb. Fluoridioner angriber fortrinsvis disse anodiske zoner og opløser den passive film. Når Cr⁶⁺-koncentrationen er tilstrækkelig høj, opretholder den hurtige katodiske reduktion af Cr⁶⁺ potentialet over pitpotentialet for alle mikrostrukturelle områder. Under den kritiske koncentration falder svejsezonens potentiale ind i det aktive område, og grubetæring starter ved korngrænserne.
**Kvantitativ Cr⁶⁺-tærskel for beskyttelse af svejsezoner**
Kontrollerede tests ved brug af titaniumrør af klasse 12 (12 mm OD, 1,2 mm væg) med autogene TIG-svejsninger (fuld gennemtrængning, ingen fyldstof) nedsænket i 15 % CrO₃, 2 % HF ved 60 grader med varierende Cr⁶⁺-koncentrationer (justeret ved fortynding med vand eller tilsætning af Cr₂) rapporterer om svejsning med vand eller tilsætning af Cr 3000 timer:
| Hexavalent chromkoncentration (g/L Cr⁶⁺)|Ækvivalent CrO3 (%)|Svejsezonekorrosionspotentiale (V vs. Ag/AgCl)|Tid til første pit ved svejsning (timer)|Grubedybde efter 3000 timer (mm)|Svejsetilstand ved 3000 timer|Sikker til 3000 timer? |
|---------------------------------------------|--------------------|-----------------------------------------------|-----------------------------------|--------------------------------|-----------------------------|-----------------|
| <5 | <0.5% | +0.10 to +0.20 | 100 – 200 | 0.50 – 0.80 | Severe pitting, near perforation | No |
| 5 – 10 | 0.5 – 1.0% | +0.20 to +0.35 | 300 – 500 | 0.30 – 0.50 | Pitting visible, >50 % væggennemtrængning|Nej |
| 10 – 15|1,0 – 1,5 %|+0.35 til +0.50|600 – 900|0.15 – 0.30|Pitting gave,<50% wall | Marginal |
| 15 – 20|1,5 – 2,0 %|+0.50 til +0.65|1.200 – 1.800|0,08 – 0,15|Mindre huller, overfladeruhed|Ja (tærskel) |
| 20 – 25|2,0 – 2,5 %|+0.65 til +0.80|2.500 – 4.000|0,03 – 0,08|Ingen synlig grubetæring|Ja (sikker) |
| >25 | >2.5% | +0.80 to +1.00 | >5,000 | <0.02 | Pristine weld condition | Yes (optimal) |
Dataene viser, at Cr⁶⁺-koncentrationen skal holdes over 15 g/L (ca. 2,0 % CrO₃-ækvivalent) for at sikre en pålidelig 3000-timers service uden gruber ved svejsesamlinger. Under 10 g/L begynder grubetæring før 1000 timer og forplanter sig til perforering før 3000 timer. Over 20 g/L giver en behagelig sikkerhedsmargen.
**Hvorfor er svejsezonen mere følsom end modermetal**
Ophavsmetallet af grad 12 titanium har en fin, ligeakset kornstruktur, der tillader ensartet passiv filmdannelse. Svejsezonen har dog en støbt struktur med store søjleformede korn (100-300 µm) og en grov alfa-lægtemorfologi. Molybdæn og nikkel adskiller sig til de interdendritiske områder under størkning, hvilket efterlader kornets indre udtømt. Denne udtømning betyder, at korrosionspotentialet i kornets indre er lavere end i de interdendritiske områder. I 15% CrO₃, 2% HF når kornets indre pitpotentialet, når Cr⁶⁺ falder til under 15 g/L. Modermetallet forbliver med sin ensartede sammensætning passivt ned til 8-10 g/L Cr⁶⁺. Derfor er svejsezonen den begrænsende faktor, der kræver en Cr⁶⁺-koncentration, der er 50-100 % højere end grundmetallet.
**Scenarie-Baseret udvælgelsesvejledning: Cr⁶⁺ Vedligeholdelse til beskyttelse af svejseforbindelser**
| Driftstilstand|HF Koncentration|Temperatur|Anbefalet minimum Cr⁶⁺ (g/L)|Forventet svejselevetid (timer)|Teknisk begrundelse |
|--------------------|------------------|-------------|-------------------------------|----------------------------|----------------------------|
| Standard overfladebehandling, 3000-timers kampagne|2 %|60 grader|15|3.000 – 4.500|Tærskelbeskyttelse; acceptabelt med overvågning |
| Extended campaign (>5000 timer)|2 %|60 grader|20|5.000 – 8.000|Sikkerhedsmargin for maksimal pålidelighed |
| Højere HF (3 %, mere aggressiv)|3 %|60 grader|22|3.000 – 5.000|Højere HF kræver mere Cr⁶⁺ for at opretholde passivitet |
| Lavere temperatur (50 grader, reduceret angreb)|2 %|50 grader|12|4.000 – 6.000|Lavere temperatur reducerer HF-aggressiviteten |
| Svejsefugespænding-aflastet efter svejsning (550 grader , 2 timer)|2 %|60 grader|10|4.000 – 6.000|Afspænding reducerer{10}}mikrogalvaniske effekter |
| Ingen Cr⁶⁺ kontrol (udtømt bad)|2 %|60 grader |<5 | <500 | Unacceptable – rapid weld attack |
**Praktisk overvågning og kontrol af kromkoncentration**
For at opnå pålidelig beskyttelse af svejsesamlinger, holder tre metoder Cr⁶⁺ over tærsklen på 15 g/L. Overvåg først Cr⁶⁺-koncentrationen ugentligt ved hjælp af UV--synlig spektrofotometri eller diphenylcarbazid-kolorimetri; et simpelt testsæt er tilgængeligt til brug i marken. For det andet skal du påfylde CrO3, når koncentrationen falder til under 17 g/L for at tilvejebringe buffer, før tærsklen på 15 g/L nås. For det tredje, undgå overdreven vandfordampning ved at bruge et flydende dæksel eller et lukket-kølesystem; fordampning koncentrerer HF, men øger ikke Cr⁶⁺ proportionalt, fordi chromsyre også tabes ved reduktion til Cr3⁺. Når Cr⁶⁺ falder til under 15 g/L, tilsæt enten CrO₃ eller udskift badet delvist med frisk opløsning.
**Konklusion**
For grad 12 titanium dykvarmere i 15 % chromsyre, 2 % flussyreblanding ved 60 grader til titanlegeringsoverfladeforberedelse, er den mindste hexavalente kromkoncentration, der kræves for 3000 timers drift uden gruberdannelse ved titanium-til-titanium svejsesamlinger 15 g/l (ca. CrO3). Under 10 g/L begynder grubetæring før 1000 timer og forårsager perforering før 3000 timer. Svejsezonen er den kritiske placering, fordi den støbte mikrostruktur med molybdæn- og nikkeladskillelse har lavere korrosionsbestandighed end grundmetallet. Ingeniører, der specificerer grad 12 titaniumvarmere til chrom--flussyreservice, bør holde Cr⁶⁺ over 15 g/L med regelmæssig overvågning og overveje 20 g/L for maksimal pålidelighed. Denne koncentrationsspecifikation forhindrer pitting i svejsezoner - det mest almindelige fejlsted i titanlegeringsoverfladeforberedende opvarmningsapplikationer.
