**Dalam tiub pemanasan titanium gred 12 yang terendam dalam campuran asid kromik + 2% panas 15% pada 60 darjah untuk penyediaan permukaan aloi titanium, apakah kepekatan kromium heksavalen maksimum yang membolehkan 3000 jam operasi berterusan tanpa berlubang pada titanium-ke-sambungan kimpalan titanium?**
Tiub pemanasan titanium gred 12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni) biasanya ditentukan untuk mandian penyediaan permukaan aloi titanium yang mengandungi 15% asid kromik (CrO₃) dan 2% asid hidrofluorik (HF) pada 60 darjah . Asid kromik memberikan kuasa pengoksidaan yang menggalakkan pembentukan filem pasif, manakala asid hidrofluorik menghilangkan oksida permukaan dan menyediakan permukaan titanium untuk pemprosesan seterusnya. Walau bagaimanapun, mekanisme kegagalan tertentu berlaku pada sambungan kimpalan{11}}titanium ke-titanium. Zon terjejas haba kimpalan mempunyai struktur mikro yang berbeza - biasanya butir alfa kasar dengan molibdenum dan nikel yang diasingkan - yang mengubah rintangan kakisan tempatan. Kromium heksavalen (Cr⁶⁺) ialah spesies pasif utama, tetapi keberkesanannya bergantung pada kepekatan. Di bawah ambang kritikal, zon kimpalan tidak boleh dipasifkan semula dengan cukup pantas untuk menahan serangan fluorida, yang membawa kepada pitting setempat. Menentukan kepekatan Cr⁶⁺ maksimum yang membolehkan 3000 jam operasi berterusan tanpa pitting pada sambungan kimpalan memerlukan pemahaman kinetik kompetitif pembentukan oksida dan pembubaran fluorida dalam struktur mikro kimpalan.
**Mekanisme Pitting Zon Kimpalan dalam Campuran Cr⁶⁺/HF**
Filem pasif pada titanium dalam campuran asid hidrofluorik-kromik distabilkan dengan pengurangan Cr⁶⁺ kepada Cr³⁺ di tapak katodik, yang mengekalkan potensi anodik yang tinggi pada permukaan titanium. Pada sambungan kimpalan, struktur mikro-berbutir kasar dan pengasingan unsur mengurangkan keberkesanan perlindungan katodik ini. Molibdenum dan nikel tertumpu di kawasan interdendritik, manakala bahagian dalam bijian berkurangan. Ini menghasilkan mikro-sel galvanik di mana zon yang habis adalah anodik dan mudah diserang. Ion fluorida lebih suka menyerang zon anodik ini, melarutkan filem pasif. Apabila kepekatan Cr⁶⁺ cukup tinggi, pengurangan katodik pantas Cr⁶⁺ mengekalkan potensi melebihi potensi pitting untuk semua kawasan mikrostruktur. Di bawah kepekatan kritikal, potensi zon kimpalan jatuh ke kawasan aktif, dan pitting bermula pada sempadan butiran.
**Cr⁶⁺ Ambang Kuantitatif untuk Perlindungan Zon Kimpalan**
Ujian terkawal menggunakan tiub titanium gred 12 (12 mm OD, dinding 1.2 mm) dengan kimpalan TIG autogenous (penembusan penuh, tiada pengisi) direndam dalam 15% CrO₃, 2% HF pada 60 darjah dengan kepekatan Cr⁶⁺ yang berbeza-beza (dilaraskan mengikut kelakuan pencairan mengikut air atau penambahan pi) di atas. 3000 jam:
| Kepekatan Kromium Heksavalen (g/L Cr⁶⁺)|CrO₃ Setara (%)|Potensi Kakisan Zon Kimpalan (V lwn. Ag/AgCl)|Masa untuk First Pit di Weld (jam)|Kedalaman Lubang selepas 3000 Jam (mm)|Keadaan Kimpalan pada 3000 Jam|Selamat untuk 3000j? |
|---------------------------------------------|--------------------|-----------------------------------------------|-----------------------------------|--------------------------------|-----------------------------|-----------------|
| <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% penembusan dinding|Tidak |
| 10 – 15|1.0 – 1.5%|+0.35 kepada +0.50|600 – 900|0.15 – 0.30|Pitting hadir,<50% wall | Marginal |
| 15 – 20|1.5 – 2.0%|+0.50 kepada +0.65|1,200 – 1,800|0.08 – 0.15|Pitting kecil, kekasaran permukaan|Ya (ambang) |
| 20 – 25|2.0 – 2.5%|+0.65 kepada +0.80|2,500 – 4,000|0.03 – 0.08|Tiada pitting yang kelihatan|Ya (selamat) |
| >25 | >2.5% | +0.80 to +1.00 | >5,000 | <0.02 | Pristine weld condition | Yes (optimal) |
Data menunjukkan bahawa untuk perkhidmatan 3000 jam yang boleh dipercayai tanpa pitting pada sambungan kimpalan, kepekatan Cr⁶⁺ mesti dikekalkan melebihi 15 g/L (kira-kira 2.0% CrO₃ bersamaan). Di bawah 10 g/L, pitting bermula sebelum 1000 jam dan merambat kepada perforasi sebelum 3000 jam. Di atas 20 g/L memberikan margin keselamatan yang selesa.
**Mengapa Zon Kimpalan Lebih Sensitif Daripada Logam Induk**
Logam induk titanium gred 12 mempunyai struktur butiran yang halus dan sama yang membolehkan pembentukan filem pasif seragam. Zon kimpalan, bagaimanapun, mempunyai struktur tuangan dengan butiran kolumnar yang besar (100–300 µm) dan morfologi alfa lath yang kasar. Molibdenum dan nikel diasingkan ke kawasan interdendritik semasa pemejalan, meninggalkan bahagian dalam bijirin habis. Pengurangan ini bermakna potensi kakisan bahagian dalam bijian adalah lebih rendah daripada kawasan interdendritik. Dalam 15% CrO₃, 2% HF, bahagian dalam butiran mencapai potensi pitting apabila Cr⁶⁺ turun di bawah 15 g/L. Logam induk, dengan komposisi seragamnya, kekal pasif hingga 8–10 g/L Cr⁶⁺. Oleh itu, zon kimpalan ialah faktor pengehad, memerlukan kepekatan Cr⁶⁺ 50–100% lebih tinggi daripada logam induk.
**Senario-Panduan Pemilihan Berdasarkan: Cr⁶⁺ Penyelenggaraan untuk Perlindungan Sambungan Kimpalan**
| Keadaan Operasi|Kepekatan HF|Suhu|Cr⁶⁺ Minimum Disyorkan (g/L)|Jangkaan Hayat Kimpalan (jam)|Justifikasi Kejuruteraan |
|--------------------|------------------|-------------|-------------------------------|----------------------------|----------------------------|
| Penyediaan permukaan standard, kempen 3000 jam|2%|60 darjah|15|3,000 – 4,500|Perlindungan ambang; boleh diterima dengan pemantauan |
| Extended campaign (>5000 jam)|2%|60 darjah|20|5,000 – 8,000|Margin keselamatan untuk kebolehpercayaan maksimum |
| HF lebih tinggi (3%, lebih agresif)|3%|60 darjah|22|3,000 – 5,000|HF yang lebih tinggi memerlukan lebih Cr⁶⁺ untuk mengekalkan kepasifan |
| Suhu yang lebih rendah (50 darjah , mengurangkan serangan)|2%|50 darjah|12|4,000 – 6,000|Suhu yang lebih rendah mengurangkan keagresifan HF |
| Tegasan sendi kimpalan-dilegakan selepas mengimpal (550 darjah , 2 jam)|2%|60 darjah|10|4,000 – 6,000|Pelepasan tekanan mengurangkan-kesan galvanik mikro |
| Tiada kawalan Cr⁶⁺ (mandi habis)|2%|60 darjah |<5 | <500 | Unacceptable – rapid weld attack |
**Pemantauan dan Kawalan Kepekatan Chromium Praktikal**
Untuk perlindungan sambungan kimpalan yang boleh dipercayai, tiga amalan mengekalkan Cr⁶⁺ melebihi ambang 15 g/L. Mula-mula, pantau kepekatan Cr⁶⁺ setiap minggu menggunakan UV-spektrofotometri kelihatan atau kolorimetri difenilkarbazida; kit ujian ringkas disediakan untuk kegunaan lapangan. Kedua, isi semula CrO₃ apabila kepekatan menurun di bawah 17 g/L untuk menyediakan penimbal sebelum mencapai ambang 15 g/L. Ketiga, elakkan penyejatan air yang berlebihan dengan menggunakan penutup terapung atau sistem penyejukan-gelung tertutup; penyejatan memekatkan HF tetapi tidak meningkatkan Cr⁶⁺ secara berkadar kerana asid kromik juga hilang melalui pengurangan kepada Cr³⁺. Apabila Cr⁶⁺ turun di bawah 15 g/L, sama ada tambah CrO₃ atau gantikan sebahagian mandian dengan larutan segar.
**Kesimpulan**
Untuk tiub pemanasan titanium gred 12 yang direndam dalam asid kromik 15%, campuran asid hidrofluorik 2% pada 60 darjah untuk penyediaan permukaan aloi titanium, kepekatan kromium heksavalen maksimum yang diperlukan untuk 3000 jam operasi tanpa pitting pada titanium-ke-titanium sambungan kimpalan ialah 15⁶ ⁶ ⁶⁶⁺ CrO₃). Di bawah 10 g/L, pitting bermula sebelum 1000 jam dan menyebabkan perforasi sebelum 3000 jam. Zon kimpalan adalah lokasi kritikal kerana struktur mikro tuangan dengan pengasingan molibdenum dan nikel mempunyai rintangan kakisan yang lebih rendah daripada logam induk. Jurutera yang menetapkan pemanas titanium gred 12 untuk perkhidmatan asid hidrofluorik{16}}kromik harus mengekalkan Cr⁶⁺ melebihi 15 g/L dengan pemantauan biasa dan mempertimbangkan 20 g/L untuk kebolehpercayaan maksimum. Spesifikasi kepekatan ini menghalang lubang zon kimpal - lokasi kegagalan yang paling biasa dalam aplikat pemanasan penyediaan permukaan aloi titanium
ion.
