Nell'ipoclorito di sodio al 5% (NaOCl) a 60 gradi, il titanio mostra un tasso di corrosione uniforme basso di 0,01–0,05 mm all'anno a causa dell'ambiente fortemente ossidante. Tuttavia, il cappuccio terminale saldato di un riscaldatore a immersione contiene una fessura sulla radice della saldatura-lo spazio tra il cappuccio terminale e la parete del tubo all'interno del riscaldatore. Questa geometria della fessura intrappola l'elettrolita stagnante. L'ipoclorito si decompone all'interno della fessura per formare cloruro e ossigeno, e i cloruri si concentrano fino a 5-10 volte la concentrazione apparente. Il film passivo si rompe all'interno della fessura e la velocità di corrosione accelera fino a 0,3–1,0 mm all'anno, ovvero 10–100 volte più veloce dell'assottigliamento uniforme. Il cedimento avviene preferenzialmente alla radice della saldatura, spesso senza corrosione esterna visibile.

Il meccanismo della corrosione interstiziale alla radice di saldatura nell'ipoclorito

Nella soluzione sfusa di ipoclorito, l'ambiente ossidante mantiene un film passivo stabile. All'interno della fessura della radice di saldatura, la geometria ristretta impedisce il rifornimento di ossigeno. L'ipoclorito si decompone: 2OCl⁻ → O₂ + 2Cl⁻. La concentrazione di cloruro aumenta e l'ossigeno si esaurisce. Il pH locale diminuisce quando si forma acido ipocloroso. La combinazione di alto contenuto di cloruro, basso ossigeno e pH acido distrugge la pellicola passiva. Il grande catodo esterno (il resto del riscaldatore) determina una rapida dissoluzione anodica all'interno della fessura. La geometria della radice della saldatura contiene anche sollecitazioni di trazione residue derivanti dalla saldatura, che accelerano l'inizio della cricca.

Tassi quantitativi di corrosione interstiziale alla radice della saldatura

Controlled testing in 5% NaOCl at 60°C over 1,000 hours has established the following corrosion rates for Grade 2 titanium at different heater locations. For the tube body (smooth surface, no crevice), the uniform corrosion rate is 0.01–0.03 mm per year, and the surface remains bright with no pitting. For the external weld toe (the outside of the welded end cap), the corrosion rate is 0.02–0.05 mm per year, and the surface shows light etching. For the weld root crevice (inside gap of 0.1–0.3 mm), the crevice corrosion rate is 0.3–0.8 mm per year, and severe grooving occurs, with perforation of a 1.2 mm wall within 1,500–4,000 hours. For the weld root with a poorly fitted end cap (gap >0,5 mm), il tasso di corrosione interstiziale aumenta a 0,5–1,2 mm all'anno, con perforazione entro 1.000–2.500 ore.

Influenza della concentrazione e della temperatura dell'ipoclorito sulla gravità della fessura

La gravità della corrosione interstiziale delle radici di saldatura aumenta con la concentrazione e la temperatura dell'ipoclorito. All'1% di NaOCl e a 60 gradi, il tasso di corrosione interstiziale è di 0,15–0,40 mm all'anno. Al 5% e 60 gradi, la velocità è di 0,30–0,80 mm all'anno. Al 10% e 60 gradi, la velocità raggiunge 0,50–1,20 mm all'anno. Al 5% e 40 gradi, la velocità è di 0,10–0,25 mm all'anno. Al 5% e 80 gradi, la velocità sale a 0,50–1,00 mm all'anno. La presenza di cloruri nella soluzione di ipoclorito (proveniente da candeggina invecchiata) aumenta il tasso di corrosione interstiziale di un ulteriore 30–50%.

Guida alla progettazione e mitigazione delle radici di saldatura per il servizio con ipoclorito

La seguente tabella fornisce raccomandazioni per la progettazione della saldatura del cappuccio terminale e configurazioni alternative per prevenire la corrosione interstiziale nell'ipoclorito di sodio al 5% a 60 gradi.

Ingegneria oltre la progettazione della saldatura

Il grado di titanio influisce sulla resistenza alla corrosione interstiziale. Il Grado 7 (palladio-stabilizzato) ha un tempo di inizio 3–5 volte più lungo e una velocità di propagazione inferiore del 50–70% rispetto al Grado 2 nelle fessure dell'ipoclorito. Il grado 12 offre un miglioramento intermedio. Lo spessore della parete fornisce un margine di materiale; una parete di 2,0 mm con corrosione interstiziale di 0,5 mm all'anno sopravvive 4 anni. Il cappuccio terminale deve essere progettato con saldatura di testa a penetrazione completa, a filo sia all'interno che all'esterno. Se non è possibile evitare una fessura, riempire lo spazio con nastro in PTFE o un sigillante fluoropolimerico impedisce l'ingresso dell'elettrolita. Il lavaggio periodico del riscaldatore con acqua dolce riduce la concentrazione di ipoclorito all'interno delle fessure.

Fare una specifica informata

Per un riscaldatore a immersione in titanio in ipoclorito di sodio al 5% a 60 gradi, specificare una saldatura di testa a penetrazione completa per il cappuccio terminale, rettificata a filo all'interno e all'esterno per creare una geometria priva di fessure-. Se non è possibile una saldatura a penetrazione completa, specificare uno spazio minimo tra le radici della saldatura inferiore a 0,1 mm e richiedere un'ispezione post-saldatura per verificare la dimensione dello spazio. Per applicazioni critiche, specificare il titanio di grado 7 e aggiungere un test di tenuta dell'elio per verificare l'integrità della saldatura. Durante il funzionamento, ispezionare trimestralmente l'area di saldatura utilizzando un boroscopio o un colorante penetrante; se all'interno della saldatura sono visibili prodotti di corrosione, sostituire il riscaldatore. Progettando una radice di saldatura-senza fessure, l'ingegnere elimina il meccanismo di corrosione rapida, consentendo al riscaldatore di raggiungere una durata operativa limitata solo da un assottigliamento uniforme.