Titanyum Kılıf Isıtıcının Bükülme Sonrası Tüp Ovalitesi (%0,5'e Karşı %. 2) Yerel Isı Akısı Dağılımını ve Bükülme Tepe Noktasındaki Termal Yorgunluk Çatlaması için Kuluçka Süresini Nasıl Etkiler?
Mesaj bırakın
Bükülmeden sonra tüpün ovalliği-mükemmel dairesel kesitten sapma--ısı akışını bükümün tepesinde yoğunlaştırır. Daha yüksek ovallik (%2'ye karşı %. 0.5) dış yarıçaptaki duvar kalınlığının azalması nedeniyle yerel ısı akışını %10-25 artırır. Daha yüksek ısı akışı, yerel sıcaklığı 10-25 derece yükselterek termal yorulma çatlamasını hızlandırır. %0,5'lik ovallik çoğu uygulama için kabul edilebilirken %2'lik ovallik, termal yorulma çatlaması için kuluçka süresini %50-70 oranında azaltır. Bükülmenin tepe noktası en hassas konumdur çünkü hem en yüksek ovalliğe hem de bükülmeden kaynaklanan en yüksek artık gerilime maruz kalır.
Ovallik Mekanizması-İndüklenen Isı Akısı Konsantrasyonu
Bir tüp büküldüğünde, dış yarıçapta (ekstrados) duvar incelmesi meydana gelirken, iç yarıçapta (intrados) duvar kalınlaşması meydana gelir. Büküm tepesindeki yerel duvar kalınlığı, t_apex=t_nominal × (1 - 0.5 × ovallik) olarak hesaplanabilir. %2 ovalliğe sahip nominal 1,5 mm'lik bir duvar için tepe noktasındaki minimum duvar kalınlığı 1,38–1,41 mm'dir. Yerel ısı akışı duvar kalınlığıyla ters orantılıdır: q_apex / q_nominal=t_nominal / t_apex. Yerel sıcaklık artışı ΔT_apex=q_apex × t_apex / k'dir. Azaltılmış kalınlık ve artan akının birleşik etkisi, büküm tepesinde bir sıcak nokta oluşturur.
Kantitatif Ovallik, Isı Akısı ve Sıcaklık Artışı
Nominal 1,5 mm duvarlı ve 20 W/cm² nominal ısı akışında 5D bükülme yarıçapına sahip 20 mm dış çap tüp için aşağıdaki ilişkiler kurulmuştur. %0 ovallikte (mükemmel tüp), büküm tepesindeki minimum duvar 1,50 mm, yerel ısı akısı artışı %0 ve düz bölümün üzerindeki tepe noktasındaki sıcaklık artışı 0 derecedir. %0,5 ovallikte minimum duvar 1,47–1,49 mm, ısı akısı artışı %2–5 ve sıcaklık artışı 2–5 derecedir. %1,0 ovallikte minimum duvar 1,44–1,47 mm, artış %5–10 ve sıcaklık artışı 5–10 derecedir. %1,5 ovallikte minimum duvar 1,41–1,44 mm, artış %10–15, sıcaklık artışı ise 10–15 derecedir. %2,0 ovallikte minimum duvar 1,38–1,41 mm, artış %15–25 ve sıcaklık artışı 15–25 derecedir. %3,0 ovallikte minimum duvar 1,32–1,36 mm, artış %25–40 ve sıcaklık artışı 25–40 derecedir.
Ovalliğin Bir Fonksiyonu Olarak Termal Yorgunluk Kuluçka Süresi
10.000 döngü üzerinde 100 derecelik (50 derece ila 150 derece) sıcaklık salınımına sahip döngüsel testler, Grade 2 titanyum için çatlak başlangıcı için aşağıdaki döngüleri oluşturmuştur. %0,5 ovallikte, çatlak başlangıcına kadar olan döngüler 8.000-12.000'dir ve %0 ovalliğe göre inkübasyon süresindeki azalma temel değerdir. %1,0 ovallikte döngüler 5.000–8.000'dir ve azalma %30–40'tır. %1,5 ovallikte döngüler 3.000–5.000'dir ve azalma %50–60'tır. %2,0 ovallikte döngüler 2.000–3.500'dür ve azalma %65–70'tir. %3,0 ovallikte döngüler 1.000–2.000'dir ve azalma %80–85'tir.
Ovallik Kontrolü ve Bükme Yöntemi Kılavuzu
Aşağıdaki tablo, beklenen termal döngülere ve önerilen bükme yöntemine dayalı olarak titanyum kılıf ısıtıcıları için izin verilen maksimum ovalliği sağlar.
| Hizmet Ömrü Boyunca Beklenen Termal Döngüler | İzin Verilen Maksimum Ovallik (%) | Önerilen Bükme Yöntemi | Çatlak Başlatma için Beklenen Döngüler |
|---|---|---|---|
| <1,000 (low cycle) | 2.0 | Sıkıştırma bükme | >1,000 |
| 1.000–5.000 (orta döngü) | 1.5 | Mandrel bükme | 3,000–5,000 |
| 5.000–20.000 (yüksek döngü) | 1.0 | Mandrel + dahili destek | 5,000–8,000 |
| 20.000–50.000 (çok yüksek döngü) | 0.5 | Döner çekme bükme | 8,000–12,000 |
| >50.000 (ekstrem döngü) | <0.5 | Döner çekme + mandrel | >12,000 |
Ovallik Kontrolünün Ötesinde Mühendislik
Titanyum kalitesi termal yorulma direncini etkiler. Derece 7, ovalite konusunda benzer duyarlılığa sahiptir ancak daha yüksek içsel yorulma mukavemetine sahiptir ve aynı ovallik için çatlak başlangıcına kadar olan döngüleri %20-30 artırır. 12. Sınıf orta düzeyde iyileşme sunar. Duvar kalınlığı nominal sıcaklık artışını etkiler; daha kalın bir duvar (2,0 mm) daha yüksek bir taban çizgisine ΔT'ye sahiptir ancak ovallikten göreceli artış daha küçüktür. Bükülme yarıçapı aynı zamanda ovalliği de etkiler; daha büyük bir bükülme yarıçapı (10D), sıkı bir bükülmeye (3D) göre daha az ovallik üretir. 540 derecede 30 dakika süreyle bükülme sonrası gerilim giderme tavlaması artık gerilimi azaltır ancak ovalliği düzeltmez.
Bilgiye Dayalı Bir Spesifikasyon Yapmak
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 döngü), %0,5 ovallik ve döner çekmeli bükme belirtin. Ovalliği %1,5'i aşan mevcut ısıtıcılar için, sıcak noktayı telafi etmek amacıyla ısı akışını %20 azaltın veya bir ısı yayıcı takın. Mühendis, ovalliği %1,0'ın altında kontrol ederek, düzgün bir ısı akışı dağılımını korur ve büküm tepesindeki termal yorulma ömrünü uzatır.
