Rohrverbindungsstücke aus Titan: Auswirkungen eines hohen Wasserstoffgehalts und wichtige Vorsichtsmaßnahmen

Titan ist chemisch hochaktiv und neigt während der Verarbeitung, Wärmebehandlung, Schweißen, Beizen und anderen Verfahren zur Wasserstoffabsorption. Ein zu hoher Wasserstoffgehalt kann zu Wasserstoffversprödung, wasserstoffinduzierter Rissbildung und Leistungseinbußen führen und die Betriebssicherheit erheblich beeinträchtigenRohrverbindungsstücke aus Titan.

 

 

1.1 Vorhandene Formen von Wasserstoff

Wasserstoffatome lösen sich interstitiell in den Kristallgittern von -Ti oder -Ti, wobei die Löslichkeit bei niedrigen Temperaturen sehr gering ist.

Wenn der Wasserstoffgehalt die Feststofflöslichkeitsgrenze überschreitet oder die Temperatur sinkt, bilden sich spröde Phasen wie TiH₂ und TiH₁₋₂, die in nadelförmiger, flockiger oder massiver Form ausfallen und normalerweise an Korngrenzen, Versetzungen und Spannungskonzentrationsbereichen verteilt sind.

 

1.2 Beurteilungskriterien für zu hohen Wasserstoffgehalt

Nationale Normen, ASTM B338 und andere Spezifikationen schreiben vor, dass der Wasserstoffgehalt in Rohrverbindungsstücken aus Titan und Titanlegierungen höchstens 0,015 % (150 ppm) betragen muss.

100 ppm: Die Schlagzähigkeit nimmt deutlich ab.

300–500 ppm: Die Plastizität nimmt bei massiver Hydridausfällung stark ab.

0,05 %: Das Material wird extrem spröde und neigt bei Raumtemperatur ohne Vorwarnung zum plötzlichen Sprödbruch.

 

2.1 Wasserstoffversprödung

Das nadelförmige TiH₂ mit hoher -Härte ist mit den Matrixeigenschaften nicht kompatibel und führt leicht zu Mikrorissen.

Durch die Belastung sammelt sich Wasserstoff in Zonen mit hoher{0}}Beanspruchung an, was die Ausfällung von Hydriden und die Ausbreitung in interkristalline Risse beschleunigt.

Der Bruch erfolgt verzögert und ist bei Betrieb mit starker Verschleierung anfällig für plötzliche Sprödbrüche.

 

2.2 Starke Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften

Bei niedrigen Temperaturen nimmt die Zähigkeit erheblich ab und die Sprödigkeit nimmt zu.

Die Plastizität nimmt ab, wodurch Biegen, Abflachen und andere Verarbeitungsvorgänge anfällig für Risse werden.

Hydride wirken als Ermüdungsquellen und verkürzen die Ermüdungslebensdauer erheblich.

 

2.3 Hohe Häufigkeit von Schweißfehlern

Der Wasserstoff im Schmelzbad kann beim Abkühlen nicht rechtzeitig entweichen und bildet Wasserstoffporen.

Hydride erzeugen unter Schweißbeanspruchung Kaltrisse.

Die Festigkeit von Schweißnähten und hitzebeeinflussten Zonen nimmt ab, was zu einer ungleichmäßigen Verbindungsleistung führt.

 

2.4 Verschlechterung der Korrosionsbeständigkeit

Oberflächenhydride neigen zur Abplatzung, was die Korrosion beschleunigt.

Wasserstoffversprödungsrisse wirken als Medienkanäle und verursachen leicht Spannungsrisskorrosion.

Wasserstoffaufnahme und Korrosion fördern sich an lokalen Defekten gegenseitig und beschleunigen den Ausfall.

 

 

Die Wasserstoffaufnahme von Titan beschleunigt sich über 400 Grad; Wenn der Ofen Wasserdampf, Wasserstoff oder eine reduzierende Atmosphäre enthält, kommt es leicht zu einer massiven Wasserstoffabsorption.

 

Unreines Argon, ein hoher Wasserstoffgehalt im Grundmetall/Schweißdraht, unzureichende Abschirmung und das Eindringen von Feuchtigkeit in das Schmelzbad erzeugen Wasserstoff.

Säure reagiert mit Titan und erzeugt beim Beizen aktiven Wasserstoff; Übermäßige Konzentration, Temperatur und Zeit verschlechtern die Wasserstoffaufnahme.

 

Schäden am Oberflächenoxidfilm und die Bildung frischer aktiver Oberflächen werden zu Kanälen für die Wasserstoffabsorption.

Zu hoher Wasserstoffgehalt in den Rohstoffen selbst und Feuchtigkeit an der Oberfläche zersetzen sich bei hohen Temperaturen in feuchten Umgebungen zu Wasserstoff.

 

4.1 Quellcodeverwaltung

Wählen Sie Titanrohrrohlinge mit einem Wasserstoffgehalt von weniger als oder gleich 100 ppm als Rohmaterial aus, führen Sie bei der Ankunft im Werk eine obligatorische Inspektion durch und lehnen Sie nicht konforme Materialien ab.

 

Kontrollieren Sie die Luftfeuchtigkeit in der Werkstatt auf höchstens 60 %, halten Sie die Werkstücke trocken und verbieten Sie die Verarbeitung mit Wasser- oder Ölverunreinigungen.

Entfernen Sie Öl, Schmutz und Rost vor dem Schweißen gründlich und vermeiden Sie Verunreinigungen durch Kontakt mit Eisenwaren.

 

4.2 Prozesskontrolle während der Verarbeitung

Wärmebehandlung

Priorisieren Sie Vakuum oder hochreines Argon-Abschirmungsglühen mit einem Argon-Taupunkt von < -40 Grad.

Empfohlene Dehydrierungstemperatur: 538–760 Grad; Oxidation über 760 Grad vermeiden; reduzierende Atmosphären verbieten und die Aufheizzeit verkürzen.

 

Schweißen

Verwenden Sie hochreines Argon von mindestens 99,99 % und einem Taupunkt von < -40 Grad.

Reinigen und trocknen Sie die Nuten vor dem Schweißen, verwenden Sie einen niedrigen Strom und eine hohe Schweißgeschwindigkeit und sorgen Sie für eine vollständige Abschirmung auf Vorder- und Rückseite, bis sie auf unter 200 Grad abgekühlt ist.

Verwenden Sie passende Schweißdrähte mit niedrigem-Wasserstoffgehalt.

 

Beizen

Verwenden Sie ein HF + HNO₃-System mit niedriger -Konzentration, einer Temperatur von höchstens 40 Grad und einer Dauer von 1–3 Minuten.

Nach dem Beizen gründlich abspülen und trocknen; Verboten ist das Beizen mit Einzelsäure wie Salzsäure oder Schwefelsäure.

 

Mechanische Bearbeitung

Verwenden Sie spezielle Schneidwerkzeuge und kompatible Schneidflüssigkeiten, um einen Temperaturanstieg durch Reibung zu vermeiden.

Reduzieren Sie Werkzeugspuren und übermäßiges Schleifen, um den Oxidfilm zu schützen.

 

4.3 Abhilfemaßnahme bei überschüssigem Wasserstoff: Vakuum-Dehydrierungsglühen

Führen Sie eine Vakuumdehydrierung durch, wenn der Wasserstoffgehalt > 150 ppm beträgt:

Temperatur: 580–650 Grad

Vakuumgrad: Kleiner oder gleich 0,066 Pa

Haltezeit: 2–4 Stunden

Vor dem Entladen im Ofen auf unter 200 Grad abkühlen lassen

 

4.4 Qualitätsprüfung

Ermitteln Sie den Wasserstoffgehalt mithilfe der Wärmeleitfähigkeitsmethode der Inertgasfusion-, um sicherzustellen, dass er kleiner oder gleich 150 ppm ist.

Überprüfen Sie mechanische Eigenschaften wie Schlagzähigkeit, Dehnung und Abflachungsleistung.

Führen Sie zerstörungsfreie UT- und PT-Prüfungen an wichtigen Teilen durch, um wasserstoffbedingte Risse zu erkennen.

 

 

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