**Када су цеви за грејање од титанијума 12 степена изложене врелом купатилу за припрему површине титанијума са 15% хромне киселине + 2% флуороводоничне киселине на 60 степени, која максимална концентрација хексавалентног хрома омогућава 3000 сати рада без удубљења на завареним спојевима?**
Цеви за грејање од титанијума степена 12 (Ти-0,3Мо-0,8Ни) обично су специфициране за купке за припрему површине од легура титанијума које садрже 15% хромне киселине (ЦрО₃) и 2% флуороводоничне киселине (ХФ) на 60 степени. Хромна киселина обезбеђује оксидациону моћ која промовише пасивно формирање филма, док флуороводонична киселина уклања површинске оксиде и припрема површину титанијума за накнадну обраду. Међутим, специфичан механизам квара се јавља на спојевима титанијум{11}}на-титанијум. Зона шава под утицајем топлоте има другачију микроструктуру – типично груба алфа зрна са одвојеним молибденом и никлом – што мења локалну отпорност на корозију. Хексавалентни хром (Цр⁶⁺) је кључна пасивирајућа врста, али његова ефикасност зависи од концентрације. Испод критичног прага, зона шава не може да се репасивира довољно брзо да се одупре нападу флуора, што доводи до локализованог удубљења. Одређивање максималне концентрације Цр⁶⁺ која омогућава 3000 сати непрекидног рада без удубљења на завареним спојевима захтева разумевање конкурентске кинетике формирања оксида и растварања флуорида у микроструктури шава.
**Механизам удубљења у зони завара у смешама Цр⁶⁺/ХФ**
Пасивни филм на титанијуму у смешама хромне-флуороводоничне киселине се стабилизује редукцијом Цр⁶⁺ у Цр³⁺ на катодним местима, чиме се одржава висок анодни потенцијал на површини титанијума. На завареним спојевима, крупно-зрнаста микроструктура и елементарна сегрегација смањују ефикасност ове катодне заштите. Молибден и никл су концентрисани у интердендритским регионима, док су унутрашњост зрна исцрпљена. Ово ствара микро-галванске ћелије где су осиромашене зоне анодне и подложне нападима. Флуоридни јони првенствено нападају ове анодне зоне, растварајући пасивни филм. Када је концентрација Цр⁶⁺ довољно висока, брза катодна редукција Цр⁶⁺ одржава потенцијал изнад питтинг потенцијала за све микроструктурне регионе. Испод критичне концентрације, потенцијал зоне завареног споја пада у активну област, а на границама зрна почиње удубљење.
**Квантитативни Цр⁶⁺ Праг за заштиту зоне завара**
Контролисани тестови коришћењем титанијумских цеви степена 12 (12 мм ОД, 1,2 мм зида) са аутогеним ТИГ завареним спојевима (пуна пенетрација, без пунила) потопљеним у 15% ЦрО₃, 2% ХФ на 60 степени са различитим концентрацијама Цр⁶⁺ (прилагођеним разблажењем ⁶⁺) након разблаживања ⁶⁺ споја са водом или додавањем О са водом. 3000 сати:
| Концентрација хексавалентног хрома (г/Л Цр⁶⁺)|Еквивалент ЦрО₃ (%)|Потенцијал корозије зоне завара (В у односу на Аг/АгЦл)|Време до прве јаме при заваривању (сати)|Дубина јаме после 3000 сати (мм)|Стање заваривања на 3000 сати|Сигурно 3000х? |
|---------------------------------------------|--------------------|-----------------------------------------------|-----------------------------------|--------------------------------|-----------------------------|-----------------|
| <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% зид|Не |
| 25 – 35|2,5 – 3,5%|+0.30 до +0.45|500 – 800|0,15 – 0,30|Јама садашњост,<50% wall | Marginal |
| 35 – 45|3,5 – 4,5%|+0.45 до +0.60|1.200 – 1.800|0,06 – 0,12|Мање удубљења, храпавост површине|Да (праг) |
| 45 – 55|4,5 – 5,5%|+0.60 до +0.75|2.500 – 4.000|0,02 – 0,05|Нема видљивих удубљења|Да (безбедно) |
| >55 | >5.5% | +0.75 to +0.90 | >5,000 | <0.02 | Pristine weld condition | Yes (optimal) |
Подаци показују да за поуздану 3000-часовну услугу без удубљења на завареним спојевима, концентрација Цр⁶⁺ мора да се одржава изнад 35 г/Л (приближно 3,5–4,5% ЦрО₃ еквивалент). Испод 25 г/Л, удубљење почиње пре 800 сати и шири се до перфорације пре 3000 сати. Изнад 45 г/Л пружа удобну сигурносну маргину.
**Зашто је зона заваривања осетљивија од матичног метала**
Основни метал титанијума 12 степена има фину структуру равног зрна која омогућава равномерно формирање пасивног филма. Зона завара, међутим, има ливену структуру са великим стубастим зрнима (100–300 µм) и грубом морфологијом алфа летве. Молибден и никл се одвајају у интердендритске регионе током очвршћавања, остављајући унутрашњост зрна исцрпљеном. Ово осиромашење значи да је потенцијал корозије унутрашњости зрна нижи него код интердендритских региона. У 15% ЦрО₃, 2% ХФ, унутрашњост зрна достиже потенцијал рупице када Цр⁶⁺ падне испод 35 г/Л. Основни метал, са својим уједначеним саставом, остаје пасиван до 20–25 г/Л Цр⁶⁺. Због тога је зона завара ограничавајући фактор, који захтева концентрацију Цр⁶⁺ 40–75% већу од основног метала.
**Водич за избор заснован на сценарију{0}}: Цр⁶⁺ Одржавање за заштиту заварених спојева**
| Радни услови|ХФ концентрација|Температура|Препоручени минимални Цр⁶⁺ (г/Л)|Очекивани век заваривања (сати)|Инжењерско оправдање |
|--------------------|------------------|-------------|-------------------------------|----------------------------|----------------------------|
| Стандардна припрема површине, кампања од 3000 сати|2%|60 степени|40|3.000 – 4.500|Обезбеђује сигурносну маргину изнад прага |
| Extended campaign (>5000 сати)|2%|60 степени|50|5.000 – 8.000|Конзервативни дизајн за максималну поузданост |
| Виши ХФ (3%, агресивнији)|3%|60 степени|50|3.000 – 5.000|За већи ХФ је потребно више Цр⁶⁺ |
| Нижа температура (50 степени, смањен напад)|2%|50 степени|30|4.000 – 6.000|Нижа температура смањује ВФ агресивност |
| Напон у завареном споју-спуштен (550 степени, 2 сата)|2%|60 степени|30|4.000 – 6.000|Ослобађање од стреса смањује микро-галванске ефекте |
| Нема контроле Цр⁶⁺ (осиромашено купатило)|2%|60 степени |<15 | <500 | Unacceptable – rapid weld attack |
**Практично праћење и контрола концентрације хрома**
За поуздану заштиту заварених спојева, три праксе одржавају Цр⁶⁺ изнад прага од 35 г/Л. Прво, пратите концентрацију Цр⁶⁺ недељно користећи УВ-видљиву спектрофотометрију или дифенилкарбазид колориметрију. Друго, напуните ЦрО₃ када концентрација падне испод 40 г/Л да бисте обезбедили пуфер. Треће, избегавајте прекомерно испаравање воде коришћењем пливајућег поклопца; испаравање концентрише ХФ, али не повећава Цр⁶⁺ пропорционално јер се хромна киселина такође губи редукцијом у Цр³⁺. Када Цр⁶⁺ падне испод 35 г/Л, или додајте ЦрО₃ или делимично замените купатило свежим раствором.
**Закључак**
За грејне цеви од титанијума 12 у купатилу за припрему површине од 15% хромне киселине, 2% флуороводоничне киселине на 60 степени, минимална концентрација хексавалентног хрома потребна за 3000 сати рада без удубљења у завареним спојевима титанијума-на-титанијума је приближно 35 г/Л Цр⁶⺁ отприлике 3,5–4,5% ЦрО3). Испод 25 г/Л, удубљење почиње пре 800 сати и изазива перфорацију пре 3000 сати. Зона завара је критична локација јер ливена микроструктура са сегрегацијом молибдена и никла има мању отпорност на корозију од основног метала. Инжењери који специфицирају грејаче од титанијума 12 степена за рад са хромом-флуороводоничном киселином треба да одржавају Цр⁶⁺ изнад 40 г/Л уз редовно праћење и да узму у обзир 50 г/Л за максималну поузданост. Ова спецификација концентрације спречава удубљење у зони завара – најчешће место квара у апликацијама загревања припремне површине титанијума.
