Kako ovalnost cijevi (0,5% u odnosu na . 2%) grijača od titanskog plašta nakon savijanja utječe na lokalnu distribuciju toplinskog toka i vrijeme inkubacije za pucanje uslijed toplinskog zamora na vrhu savijanja?
Ostavite poruku
Ovalnost cijevi nakon savijanja-odstupanje od savršenog kružnog-presjeka-koncentrira toplinski tok na vrhu savijanja. Veća ovalnost (2% vs. 0.5%) povećava lokalni toplinski tok za 10-25% zbog smanjene debljine stijenke na vanjskom radijusu. Veći toplinski tok podiže lokalnu temperaturu za 10-25 stupnjeva, ubrzavajući pucanje uslijed toplinskog zamora. Ovalnost od 0,5% je prihvatljiva za većinu primjena, dok ovalnost od 2% smanjuje vrijeme inkubacije za pucanje uslijed toplinskog zamora za 50-70%. Vrh savijanja je najosjetljivije mjesto jer doživljava najveću ovalnost i najveće zaostalo naprezanje od savijanja.
Mehanizam koncentracije toplinskog toka izazvane-ovalnošću
Kada je cijev savijena, vanjski polumjer (extrados) doživljava stanjenje stijenke, dok unutarnji radijus (intrados) doživljava zadebljanje stijenke. Lokalna debljina stijenke na vrhu savijanja može se izračunati kao t_apex=t_nominal × (1 - 0.5 × ovalnost). Za nominalni zid od 1,5 mm s ovalnošću od 2%, minimalna debljina zida na vrhu je 1,38–1,41 mm. Lokalni toplinski tok obrnuto je proporcionalan debljini stijenke: q_apex / q_nominal=t_nominal / t_apex. Lokalni porast temperature je ΔT_apex=q_apex × t_apex / k. Kombinirani učinak smanjene debljine i povećanog fluksa stvara vruću točku na vrhu savijanja.
Kvantitativna ovalnost, toplinski tok i porast temperature
Za 20 mm OD cijevi s nominalnim zidom od 1,5 mm i 5D radijusom savijanja pri nominalnom toplinskom toku od 20 W/cm², utvrđeni su sljedeći odnosi. Kod ovalnosti od 0% (savršena cijev), minimalna stijenka na vrhu savijanja je 1,50 mm, lokalni porast toplinskog toka je 0%, a porast temperature na vrhu iznad ravnog dijela je 0 stupnjeva. Kod ovalnosti od 0,5%, minimalna stijenka je 1,47–1,49 mm, porast toplinskog toka je 2–5%, a porast temperature je 2–5 stupnjeva. Kod 1,0% ovalnosti, minimalna stijenka je 1,44-1,47 mm, porast je 5-10%, a porast temperature je 5-10 stupnjeva. Kod 1,5% ovalnosti, minimalna stijenka je 1,41-1,44 mm, povećanje je 10-15%, a porast temperature je 10-15 stupnjeva. Kod 2,0% ovalnosti, minimalna stijenka je 1,38-1,41 mm, povećanje je 15-25%, a porast temperature je 15-25 stupnjeva. Kod 3,0% ovalnosti, minimalna stijenka je 1,32-1,36 mm, povećanje je 25-40%, a porast temperature je 25-40 stupnjeva.
Vrijeme inkubacije toplinskog zamora kao funkcija ovalnosti
Cikličko testiranje s temperaturnim zamahom od 100 stupnjeva (50 stupnjeva do 150 stupnjeva) tijekom 10 000 ciklusa utvrdilo je sljedeće cikluse za početak pukotina za titan 2. stupnja. Pri 0,5% ovalnosti, ciklusi do inicijacije pukotina su 8 000–12 000, a smanjenje vremena inkubacije u odnosu na 0% ovalnosti je osnovna vrijednost. Kod ovalnosti od 1,0% ciklusi su 5000-8000, a smanjenje je 30-40%. Kod ovalnosti od 1,5% ciklusi su 3000-5000, a smanjenje je 50-60%. Kod ovalnosti od 2,0%, ciklusi su 2000-3500, a smanjenje je 65-70%. Kod ovalnosti od 3,0%, ciklusi su 1000-2000, a smanjenje je 80-85%.
Vodič za kontrolu ovalnosti i metode savijanja
Sljedeća tablica prikazuje maksimalnu dopuštenu ovalnost za grijače od titanovog plašta na temelju očekivanih toplinskih ciklusa i preporučene metode savijanja.
| Očekivani toplinski ciklusi tijekom radnog vijeka | Najveća dopuštena ovalnost (%) | Preporučena metoda savijanja | Očekivani ciklusi do početka krekanja |
|---|---|---|---|
| <1,000 (low cycle) | 2.0 | Kompresijsko savijanje | >1,000 |
| 1000–5000 (umjereni ciklus) | 1.5 | Savijanje trna | 3,000–5,000 |
| 5.000–20.000 (visoki ciklus) | 1.0 | Trn + unutarnji nosač | 5,000–8,000 |
| 20 000–50 000 (vrlo visok ciklus) | 0.5 | Rotacijsko savijanje | 8,000–12,000 |
| >50.000 (ekstremni ciklus) | <0.5 | Rotacijsko izvlačenje + trn | >12,000 |
Inženjering izvan kontrole ovalnosti
Kvaliteta titana utječe na otpornost na toplinski zamor. Stupanj 7 ima sličnu osjetljivost na ovalnost, ali veću unutarnju čvrstoću na zamor, povećavajući cikluse do inicijacije pukotine za 20-30% za istu ovalnost. Razred 12 nudi srednje poboljšanje. Debljina stijenke utječe na nominalni porast temperature; deblja stijenka (2,0 mm) ima višu osnovnu liniju ΔT, ali relativno povećanje od ovalnosti je manje. Radijus savijanja također utječe na ovalnost; veći radijus savijanja (10D) proizvodi manju ovalnost od uskog savijanja (3D). Žarenje za smanjenje naprezanja nakon savijanja na 540 stupnjeva tijekom 30 minuta smanjuje zaostalo naprezanje, ali ne ispravlja ovalnost.
Izrada informirane specifikacije
For a titanium sheath heater with a bent section that will experience more than 5,000 thermal cycles, specify a maximum ovality of 1.0%. Require mandrel bending with internal support to achieve this ovality. Measure ovality at the bend apex using an optical comparator or a set of calipers at four angles. For high-cycle applications (>20 000 ciklusa), odredite ovalnost od 0,5% i savijanje rotacijskim izvlačenjem. Za postojeće grijače s ovalnošću većom od 1,5%, smanjite toplinski tok za 20% kako biste kompenzirali vruću točku ili ugradite raspršivač topline. Kontrolom ovalnosti ispod 1,0%, inženjer održava jednoliku raspodjelu toplinskog toka i produljuje vijek trajanja toplinskog zamora na vrhu savijanja.
