Hvordan påvirker rørets ovalitet (0,5 % vs. 2 %) til en titanhylsevarmer etter bøying den lokale varmefluksdistribusjonen og inkubasjonstiden for termisk utmattelsessprekker ved bøyespissen?

Rørets ovalitet etter bøyning - variasjonen fra et helt sirkulært tverrsnitt- – konsentrerer varmefluksen ved bøyningsspissen. Den høyere ovaliteten (2 % mot 0,5 %) forårsaker en 10–25 % økning i den lokale varmefluksen på grunn av den mindre veggtykkelsen på den ytre radiusen. Den høyere varmefluksen øker den lokale temperaturen med 10–25 grader, og dermed øker den termiske utmattelsessprekkene. Ovalitet på 0,5 % er akseptabelt for de fleste bruksområder. Ovalitet på 2 % reduserer inkubasjonstiden for termisk tretthetssprekker med 50-70 %. Bend apex er det mest sårbare området da det har høyest ovalitet og mest gjenværende spenning fra bøyning.

Mekanisme for ovalitet indusert varmeflukskonsentrasjon

Når et rør bøyes, blir veggen tynnere ved ytre radius (extrados) og tykkere ved indre radius (intrados). Den lokale veggtykkelsen ved bøyespissen kan beregnes som t_apex=t_nominal x (1-0,5xvalitiy). For en nominell 1,5 mm vegg med en ovalitet på 2 %, er minimum veggtykkelse på toppen 1,38–1,41 mm. Den lokale varmestrømmen er omvendt proporsjonal med tykkelsen på veggen: qapex/ qnominal=tnominal / tapex. Den lokale temperaturøkningen er ∆Tapex=qapextapex/k. Den kombinerte virkningen av lavere tykkelse og høyere fluks skaper et varmt punkt nær toppen av kurven.

Kvantitativ varmefluks, temperaturøkning og ovalitet

Følgende forhold er etablert for et 20 mm ytre rør med nominell 1,5 mm vegg og 5D bøyeradius ved nominell varmefluks på 20 W/cm². For 0 % ovalitet (ideelt rør) er minimumsveggen ved bøyningsspissen 1,50 mm, den lokale varmestrømmensøkningen er 0 % og temperaturstigningen ved spissen i forhold til den rette seksjonen er 0 grader . Ovaliteten er 0,5 %, minimumsveggen er 1,47–1,49 mm, varmefluksøkningen er 2–5 %, og temperaturstigningen er 2–5 grader. For ovalitet 1,0 %, minimum vegg 1,44–1,47 mm, økning 5–10 %, temperaturøkning 5–10 grader . 1.5 % ovalitet minimum vegg er 1,41–1,44 mm, økning er 10–15 %, og temperaturøkning er 10–15 grader. Ved 2,0 % ovalitet er minimum veggen 1,38-1,41 mm Økning er 15-25 % Temperaturøkning er 15-25 grader. Ved 3,0 % ovalitet er minimum vegg 1,32-1,36 mm, økning er 25-40 %, temperaturøkning er 25-40 grader.

Ovalitetsavhengighet av inkubasjonstiden for termisk tretthet

Syklisk testing med en temperatursvingning på 100 grader (50 grader til 150 grader) over 10 000 sykluser har vist følgende sykluser til sprekkstart for grad 2 titan: For en ovalitet på 0,5 % er antall sykluser til sprekkinitiering 8 000–12,00 % av tiden er relative til 00 %. grunnlinje. Ovaliteten er 1,0 %. Syklusene er 5000-8000. Nedgangen er 30–40 %. 3000–5000 sykluser ved 1,5 % ovalitet og 50–60 % reduksjon. 2.0 % ovalitet, 2000–3 500 sykluser, 65–70 % reduksjon. Sykluser 1000-2,000. 3.0% ovalitet. Reduksjon 80–85 %

Retningslinje om bøyemetode og ovalitetskontroll

Tabellen nedenfor viser den maksimalt tillatte ovaliteten for titanmantelvarmere for de forventede termiske syklusene og anbefalt bøyemetode.

Maksimal tillatt ovalitet (%) Forventede termiske sykluser over levetid Anbefalt bøyemetode Forventede sykluser til sprekkinitiering<1,000 (low cycle) 2.0 Compression bending >1,000 1,000–5,000 (moderate cycle) 1.5 Mandrel bending 3,000–5,000 5,000–20,000 (high cycle) 1.0 Mandrel + internal support 5,000–8,000 20,000–50,000 (very high cycle) 0.5 Rotary draw bending 8,000–12,000 >50 000 (ekstrem syklus)<0.5 Rotary draw + mandrel >12,000
Engineering Beyond Ovoidity Control

Kvaliteten på titan påvirker den termiske utmattelsesmotstanden. Grad 7 viser en sammenlignbar følsomhet for ovalitet, men en høyere indre utmattelsesstyrke, noe som fører til en økning på 20-30 % i sykluser til sprekkinitiering for samme ovalitet. Karakter 12 er en middels forbedring. Tykkelsen på veggen endrer den nominelle temperaturstigningen. Den tykkere veggen (2,0 mm) har en større grunnlinje ΔT, men den relative økningen på grunn av ovalitet er mindre. Bøyeradiusen påvirker også ovaliteten, en større bøyeradius (10D) vil ha mindre ovalitet enn en tight bend (3D). Spenningsavlastning etter bøyning ved 540 grader i 30 minutter reduserer gjenværende spenning, men korrigerer ikke ovalitet

Skrive en rasjonell spesifikasjon

3. Specify a maximum ovality of 1.0% for a titanium sheath heater with a bent section that will be subjected to more than 5,000 thermal cycles. This ovality has to be bent on a mandrel with internal support. Using a set of calipers or an optical comparator, measure the ovality at the bend apex at four angles. For high cycle applications (>20 000 sykluser) gir 0,5 % ovalitet og roterende trekkbøyning. For eksisterende varmeovner med en ovalitet på over 1,5 %, reduser varmefluksen med 20 % for å korrigere varmepunktet eller bygge en varmespreder. En homogen varmefluksfordeling og en forlenget termisk utmattingslevetid ved bøyespissen oppnås med en ovalitetskontroll < 1,0 %.