Eklemeli Olarak Üretilmiş Dubleks Paslanmaz Çelik Borular Optimize Edilmiş Duvar Kalınlığı Profillerine Nasıl Ulaşır?

En kötü-durum stres noktasına göre, bir ısı eşanjörü borusu tipik olarak uçtan uca aynı duvar kalınlığına sahip olarak çekilir. Bu sınırlama, gerilimlerin yoğunlaştığı tüp tabakasına yakın daha kalın bir duvara ve termal performansın her bir parçasını sıkıştıran, yalnızca basınç muhafazasının önemli olduğu merkezde çok ince bir duvara sahip dubleks paslanmaz çelik bir tüpün basılmasına izin veren katmanlı üretim ile ortadan kaldırılır. Açık deniz platformları, kimya tesisleri ve havacılık uygulamalarına yönelik küçük, yüksek-verimli ısı eşanjörlerinin tasarımı, boru uzunluğu boyunca duvar kalınlığının ayarlanabilmesi nedeniyle değişmektedir.

Geleneksel Sınırlama: Boyunca Tutarlı Duvar Kalınlığı
Geleneksel dubleks paslanmaz çelik borular (2205 ve 2507 gibi) haddeleme, çekme veya ekstrüzyon yoluyla yapılır. Bu prosedürler, duvarları aynı kalınlıkta olan tüplerle sonuçlanır. Maksimum gerilimin konumu-tipik olarak boru uçları, borunun boru levhasına haddelendiği veya kaynaklandığı yer veya bükülme gerilimlerinin en güçlü olduğu yer-, duvar kalınlığını belirlemek için kullanılır. Bu nedenle tüpün orta bölümü, saf basıncı muhafaza edecek şekilde aşırı-tasarlanmıştır. Ağırlık, masraf ve termal direncin tümü aşırı metal nedeniyle artar. Eşit kalınlıkta bir boru verimliliği azaltır çünkü bir boru duvarı boyunca ısı iletimi kalınlıkla ters orantılıdır (belirli bir malzeme ve akışkan koşulları için).

Değişken Et Kalınlığı Profilleri: Eklemeli Üretim Çözümü
Lazer toz yataklı füzyon (LPBF), çift yönlü paslanmaz çelik borular için optimum tasarımlar oluşturmak amacıyla katmanlı imalatta kullanılır. Çift yönlü paslanmaz çeliğin (UNS S31803 veya S32750 gibi) ince tozu, katman katman, yüksek-güçlü bir lazerle seçici olarak eritilir. Prosedür, tüpün iç çapını, dış çapını ve eksen değişimlerini belirten üç-boyutlu bilgisayar- destekli tasarım (CAD) modeline dayanmaktadır. Geleneksel tekniklerin aksine duvar kalınlığı sürekli olarak değiştirilebilir.

Yaygın optimizasyon teknikleri aşağıdakilerden oluşur:

Daha kalın uçlar: Borunun her iki ucuna yakın ilk 50-100 mm'lik kısmına daha fazla metal katmanı uygulanarak boru tabakasıyla temas ettiği yerde duvar kalınlığı artırılır. Yuvarlanma, genleşme, titreşim ve bükülme momentlerinden kaynaklanan yüksek yerel gerilimler bu güçlendirilmiş bölge tarafından yönetilir.

Daha ince orta bölüm: Basınç tasarım kurallarına (ASME Bölüm VIII, Bölüm 1 veya 2 gibi) uymak için gereken minimum kalınlık, yalnızca iç basınçtan kaynaklanan çember gerilimine maruz kalan orta alanda basılmıştır. Aynı malzeme ve basınç derecesine sahip geleneksel çekilmiş boruyla karşılaştırıldığında, bu orta kısım bazen %30-50 daha incedir.

Kademeli geçiş: Gerilim yoğunlaşmasını hızlı bir adımda önlemek için, duvar kalınlığındaki değişiklik kısa bir mesafe boyunca (örneğin, 20–30 mm) incelir.

Nihai ürün, metalin mekanik bütünlüğü artırdığı ve yalnızca ağırlık ve ısı direncini artırdığı yerlerde ortadan kaldırıldığı yere dikkatlice konumlandırıldığı, işlevsel olarak derecelendirilmiş bir bileşendir.

Geliştirilmiş Isı İletimi ve Azaltılmış Kütle
Değişken-duvar yaklaşımının ölçülebilir iki avantajı vardır:

Geliştirilmiş toplam ısı transfer katsayısı (U): Daha ince bir tüp duvarı, aynı iç ve dış akışkan koşulları altında iletken direnci azaltır. Dubleks paslanmaz çeliğin termal iletkenliği yaklaşık 15–17 W/m·K'dir. İletken termal direnç, duvar kalınlığı 2,0 mm'den 1,2 mm'ye düşürüldüğünde yaklaşık %40 azalır (%40'lık bir azalma), bu da genel U- değerini gözle görülür bir marjla artırır (film katsayılarına bağlı olarak genellikle %10–15).

Ağırlık azaltma: Uzun bir tüpün (örneğin, 6 m) ince-duvarlı merkezi, uzunluğunun çoğunluğunu oluşturur. Aynı uç yükler için yapılmış, homojen kalınlığa sahip, geleneksel olarak çekilmiş karşılaştırılabilir bir boru, eklemeli olarak yapılmış bir boruya göre genel olarak %25-40 daha fazla ağırlığa sahip olabilir. Her kilogramın önemli olduğu açık deniz platformları ve havacılık uygulamaları için yüzlerce tüpten oluşan bir ısı eşanjörü paketindeki kümülatif ağırlık tasarrufu önemlidir.

Dubleks için Katmanlı Üretimin Metalurjik Faydaları
Dubleks paslanmaz çelikten LPBF tarafından üretilen mikro yapı, işlenmiş malzemeden önemli ölçüde farklıdır. Olağanüstü hızlı katılaşma (soğuma hızları 10 derece/s'ye kadar) ile, genellikle mikrometre veya mikrometre altı aralığında tane boyutlarına sahip, son derece ince, tekdüze bir östenit ve ferrit kombinasyonu üretilir. Bu zarif yapı şunları sunabilir:

daha yüksek akma mukavemeti (genellikle-baskılı durumdaki işlenmiş eşdeğerlerden %20–30 daha yüksek).

Uygun ısıl işlemle güçlü darbe direnci.

Baskı sırasında metaller arası faz gelişme olasılığını azaltan minimum alaşım elementi ayrımı.

Bununla birlikte, eklemeli olarak oluşturulmuş çift yönlü bileşenlerin çoğu, en iyi faz dengesini ve korozyon direncini elde etmek için-işlem sonrası çözüm tavlamasına ve söndürmeye ihtiyaç duyar. Isıl işlemin normal döngüsü şöyledir:

Dereceye bağlı olarak 1050–1100 dereceye kadar ısıtın.

Kısa bir süre basılı tutun (örneğin, her 25 mm kesit kalınlığı için 30 dakika).

Sigma fazının ve diğer intermetaliklerin çökelmesini önlemek için, hızla su veya gazla söndürün.

Eklemeli olarak üretilen dubleks paslanmaz çelik, uygun ısıl işlem sonrasında işlenmiş muadilinin çukurlaşma direncine (süper dubleks için PREN> 40) uyuyor veya onu aşıyor.

Yüzey Kaplamanın Performansa Etkisi
Bu pürüzlülüğün birbiriyle çelişen iki etkisi vardır: