Titanyum Isıtma Elemanının Montaj Flanşındaki Dolgu Kaynağının Yarıçapı, Büyük Bir Kimyasal Temizleyicide Akışın-Endüklediği Titreşime Maruz Kaldığında Kılıfın Yorulma Ömrünü Nasıl Etkiler?

Yüksek-Titreşimli Temizleyiciler için Radyus Kaynağı Tasarımında-Temel Takas
Titanyum ısıtma elemanları, büyük kimyasal yıkayıcıların hazne duvarına flanşlı bir bağlantı yoluyla yerleştirilir. Akışın neden olduğu titreşim altında en belirgin şekilde zorlanan alan, titanyum kılıf ile montaj flanşı arasındaki köşe kaynağıdır. Yıkayıcı gaz akışı (5–15 m/s), girdap dökülmesine ve türbülansa neden olur ve bu da dirsekli ısıtıcı demetini sallar. Alternatif bükülme gerilimi kaynak ucunda yoğunlaşır. Gerilim konsantrasyon faktörü (SCF), köşe kaynağının yarıçapı-kaynak yüzü ile boru yüzeyi arasındaki içbükey geçiş tarafından kontrol edilir. Keskin bir kaynak ucu (kısa yarıçap,<0.5 mm) produces a SCF of 3–5, i.e. the local stress is 3–5 times the nominal bending stress. Large fillet radii (>2 mm) 1,5-2,0'lık bir SCF'ye yol açar. Duvar kalınlığının bükülme sertliği ve nominal gerilim üzerinde etkisi vardır ancak yorulma ömrü için en önemli değişken kaynak yarıçapıdır. Bu çalışma, tipik yıkayıcı titreşim koşulları altında köşe kaynağı yarıçapının yorulma ömrü üzerindeki etkisini değerlendirmekte ve tasarım önerileri vermektedir.

Kaynak Ucunda Mekanik Bütünlük Gerilme Konsantrasyonunun Etkisi
L uzunluğunda konsollu bir ısıtıcı için, enine F kuvvetine (akış-indüklenen titreşimden) sahip, sabit uçtaki (kaynak noktası) nominal bükülme gerilimi şu şekilde verilir: σ_nom=(F × L) / (π × D² × t / 4) Kaynak ucundaki yerel gerilim σ_local=K_t × σ_nom ile verilir; burada K_t, gerilim konsantrasyon faktörüdür. Burun yarıçapı r ve boru et kalınlığı t olan bir köşe kaynağı için, K t ~ 1 + 2 * (t/r)^0,5. Keskin bir kaynak için (r=0.3 mm, t=1.5 mm), Kt=1 + 2 x (1,5/0,3)^0.5=1 + 2 x 2.24=5.5. Büyük bir dolgu için (r=2.5 mm, t=1.5 mm) Kt=1 + 2 x (1,5/2,5)0.5=1 + 2 x 0.77=2.5. Büyük dolgu azalır Yerel stres %50'nin üzerinde.

Yorulma ömrü (arızaya kadar olan döngüler) Basquin denklemiyle verilir: N f=( σ f ' σ yerel ) 1 b burada titanyum için b ≈ -0,12. Yerel σ değerini 2,2 kat azaltmak (5,5'ten 2,5 Kt'ye) yorulma ömrünü yaklaşık (2,2) (1/0,12)=(2,2) 8,3 ≈ 800 kat artırır. Keskin bir kaynak ucuyla 1 ayda ölecek bir ısıtıcı, büyük bir filetoyla 800 ay (66 yıl) yaşayabilir.

Kaynak Boyutunun ve Isı Transferinin Termal Performansa Etkisi
Daha yüksek bir dolgu yarıçapı, kılıftan flanşa daha geniş bir termal iletim kanalı sunmak için daha fazla kaynak metaline (artan boğaz kalınlığı) katkıda bulunur. Bu, ısının kaynak alanından biraz daha iyi dağılmasına yardımcı olur ve izole edilmiş sıcak noktaları önler. Termal ceza küçüktür. Ancak çok büyük bir fileto (r > 5 mm), bir demet halinde yakındaki ısıtıcılarla etkileşime neden olabilir veya etkin ısıtma uzunluğunu azaltabilir.

Sentezi Değiştirme-: Kaynak Yarıçapı ve Duvar Kalınlığı Etkileşimi
Köşe kaynağı uç yarıçapı (mm)Gerilim konsantrasyon faktörü (K_t, t=1.5mm için)Tahmini yorulma ömrü (keskin kaynak temel çizgisine kıyasla) Çekirdek Mühendisliği Minimum Duvar Kalınlığı Gerekçesi < 0,5 mm (kaynaklı-keskin)5,0 – 6.0 1× (temel,<6 month life)Any (no advantage) Not appropriate for vibration service
0,5 – 1,0 mm (düzgün taşlama)3,5 – 4.5 10 – 50× 1,5 mm Orta düzeyde titreşim için kabul edilebilir
1,0 – 2,0 mm (konturlu) 2,5 – 3.5 200 – 1.000× 1,2 – 1,5 mm Çoğu temizleme makinesi için iyi
2,0 – 3,0 mm (cömert fileto) 2,0 – 2.5 2,000 – 10.000× 1,0 – 1,2 mm Mükemmel, daha ince duvarlara izin verir3,0 mm (son derece büyük fileto)<2.0 >50.000× 1,0 mm İdeal ancak pratik değil
Büyük bir köşe kaynağı (r 2 mm'den büyük veya ona eşit), yorulma ömründe önemli bir iyileşme sağlar ve daha ince duvarların (1,0–1,2 mm) kullanılmasına olanak tanır. Yorulma direncinde fileto yarıçapı et kalınlığından daha önemlidir.

Kaynağın Ötesinde Kaynak: Taşlama ve-Kaynak Sonrası İşlem
Kaynakta istenen cömert köşe yarıçapına ulaşılamıyorsa (konum veya erişim nedeniyle), kaynak ucunun en az 1,5 mm yarıçaplı pürüzsüz bir kontur elde edecek şekilde taşlanmasıyla eşdeğer yorulma avantajı elde edilebilir. Taşlama ince bir aşındırıcıyla (120 grit veya daha ince) yapılmalı, ardından taşlama izlerini gidermek için cilalanmalıdır. Kaynak sonrası TIG işlemi (dolgu metali olmadan kaynak ucunun yeniden{- eritilmesi) aynı zamanda yumuşak bir geçiş sağlayarak gerilim konsantrasyonunu en aza indirir. Bu yaklaşım, orijinal kaynak geometrisiyle yorulma ömrünü 5-10 kat artırabilir. Kaynak ucunun bilyeli çekiçleme veya iğneyle çekiçlenmesi, yorulma ömrünü daha da artıran artık basınç gerilimi oluşturur.

Sonuç: Geniş fileto yarıçapı (2 mm'den büyük veya ona eşit), titreşim hizmeti için ince-duvar tasarımına olanak tanır
Akış- kaynaklı titreşime maruz kalan büyük bir kimyasal yıkayıcıdaki titanyum ısıtma elemanının yorulma ömrü, büyük ölçüde montaj flanşındaki köşe kaynağının yarıçapına bağlıdır. Kaynak ucu keskinse (r < 0,5 mm), gerilim konsantrasyon faktörü 5-6'dır ve yorulma hasarı, duvar kalınlığından bağımsız olarak birkaç ay içinde meydana gelir. Geniş bir dolgu yarıçapı (r 2 mm'den büyük veya ona eşit), 2,0–2,5'lik bir gerilim konsantrasyon faktörüne yol açar, dolayısıyla yorulma ömrünü 2.000–10.000 kat artırır ve daha ince duvarlara (1.0–1.2 mm) olanak tanır. Onaylanan spesifikasyon, 1,2 mm titanyum kılıf duvar kalınlığı ile eşleştirilmiş, minimum 2 mm burun yarıçapına sahip (taşlanmış veya işlenmiş) bir köşe kaynağıdır. Gerekli kaynak geometrisini kontrol etmesi için tahmini titreşim genliğini ve sıklığını üreticiye verin. Duvar kalınlığı ikincil bir değişkendir. Yüksek titreşimli temizleme görevinde yorulma ömrü için tasarım parametresi kaynak dolgu yarıçapıdır.