झुकने के बाद टाइटेनियम शीथ हीटर की ट्यूब ओवलिटी (0.5% बनाम . 2%) स्थानीय हीट फ्लक्स वितरण और बेंड एपेक्स पर थर्मल थकान क्रैकिंग के लिए ऊष्मायन समय को कैसे प्रभावित करती है?
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झुकने के बाद ट्यूब की अंडाकारता पूरी तरह से गोलाकार क्रॉस सेक्शन से भिन्नता - - मोड़ के शीर्ष पर गर्मी प्रवाह को केंद्रित करती है। उच्च अंडाकारता (2% बनाम 0.5%) बाहरी त्रिज्या पर छोटी दीवार की मोटाई के कारण स्थानीय ताप प्रवाह में 10-25% की वृद्धि का कारण बनती है। उच्च ताप प्रवाह स्थानीय तापमान को 10-25 डिग्री तक बढ़ा देता है, और इसलिए थर्मल थकान क्रैकिंग को बढ़ाता है। अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए 0.5% की अंडाकारता स्वीकार्य है। 2% की अंडाकारता थर्मल थकान क्रैकिंग के लिए ऊष्मायन समय को 50-70% तक कम कर देती है। मोड़ का शीर्ष सबसे कमजोर क्षेत्र है क्योंकि इसमें सबसे अधिक अंडाकारता और झुकने से सबसे अधिक अवशिष्ट तनाव होता है।
अंडाकारता प्रेरित ऊष्मा प्रवाह सांद्रता का तंत्र
जब एक ट्यूब को मोड़ा जाता है, तो दीवार बाहरी त्रिज्या (एक्सट्राडोस) पर पतली हो जाती है और आंतरिक त्रिज्या (इंट्राडोस) पर मोटी हो जाती है। मोड़ के शीर्ष पर स्थानीय दीवार की मोटाई की गणना t_apex=t_nominal x (1-0.5xovalitiy) के रूप में की जा सकती है। 2% की अंडाकारता के साथ नाममात्र 1.5 मिमी की दीवार के लिए, शीर्ष पर न्यूनतम दीवार की मोटाई 1.38-1.41 मिमी है। स्थानीय ताप प्रवाह दीवार की मोटाई के व्युत्क्रमानुपाती होता है: qapex/ qnominal=tnominal/tapex। स्थानीय तापमान में वृद्धि ∆Tapex=qapextapex/k है। कम मोटाई और उच्च प्रवाह का संयुक्त प्रभाव वक्र के शीर्ष के पास एक गर्म स्थान बनाता है।
मात्रात्मक ताप प्रवाह, तापमान वृद्धि, और अंडाकारता
नाममात्र 1.5 मिमी दीवार और 20 डब्ल्यू/सेमी² के नाममात्र ताप प्रवाह पर 5डी मोड़ त्रिज्या के साथ 20 मिमी ओडी ट्यूब के लिए निम्नलिखित संबंध स्थापित किए गए हैं। 0% अंडाकारता (आदर्श ट्यूब) के लिए मोड़ के शीर्ष पर न्यूनतम दीवार 1.50 मिमी है, स्थानीय ताप प्रवाह में वृद्धि 0% है और सीधे खंड के संबंध में शीर्ष पर तापमान में वृद्धि 0 डिग्री है। अंडाकारता 0.5% है, न्यूनतम दीवार 1.47-1.49 मिमी है, ताप प्रवाह वृद्धि 2-5% है, और तापमान वृद्धि 2-5 डिग्री है। अंडाकारता के लिए 1.0%, न्यूनतम दीवार 1.44-1.47 मिमी, वृद्धि 5-10%, तापमान वृद्धि 5-10 डिग्री . 1.5% अंडाकारता के लिए न्यूनतम दीवार 1.41-1.44 मिमी, वृद्धि 10-15% है, और तापमान वृद्धि 10-15 डिग्री है। 2.0% अंडाकारता पर न्यूनतम दीवार 1.38-1.41 मिमी है वृद्धि 15-25% है तापमान वृद्धि 15-25 डिग्री है। 3.0% अंडाकारता पर न्यूनतम दीवार 1.32-1.36 मिमी है, वृद्धि 25-40% है, तापमान वृद्धि 25-40 डिग्री है।
थर्मल थकान ऊष्मायन समय की अंडाकारता निर्भरता
10,000 चक्रों पर 100 डिग्री (50 डिग्री से 150 डिग्री) के तापमान परिवर्तन के साथ चक्रीय परीक्षण ने ग्रेड 2 टाइटेनियम के लिए दरार शुरू करने के लिए निम्नलिखित चक्र दिखाए हैं: 0.5% की अंडाकारता के लिए, दरार शुरुआत के लिए चक्रों की संख्या 8,000-12,000 है और 0% अंडाकारता के सापेक्ष ऊष्मायन समय में कमी आधारभूत है। अंडाकारता 1.0% है. साइकिलें 5,000-8,000 हैं. कमी 30-40 %. 3,000-5,000 चक्र 1.5% अंडाकारता पर और 50-60% कमी . 2.0% अंडाकारता, 2,000-3,500 चक्र, 65-70% कमी है। चक्र 1,000-2, 000. 3.0% अंडाकारता। कमी 80-85%
झुकने की विधि और अंडाकारता नियंत्रण पर दिशानिर्देश
नीचे दी गई तालिका अपेक्षित तापीय चक्रों और अनुशंसित झुकने की विधि के लिए टाइटेनियम शीथ हीटरों के लिए अधिकतम स्वीकार्य अंडाकारता दिखाती है।
अधिकतम स्वीकार्य ओवलिटी (%) सेवा जीवन पर अपेक्षित थर्मल चक्र, अनुशंसित झुकने की विधि, दरार की शुरुआत के लिए अपेक्षित चक्र<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 (चरम चक्र)<0.5 Rotary draw + mandrel >12,000
ओवॉयडिटी नियंत्रण से परे इंजीनियरिंग
टाइटेनियम की गुणवत्ता थर्मल थकान प्रतिरोध को प्रभावित करती है। ग्रेड 7 अंडाकारता के प्रति तुलनीय संवेदनशीलता प्रदर्शित करता है लेकिन उच्च आंतरिक थकान शक्ति प्रदर्शित करता है, जिसके कारण समान अंडाकारता के लिए क्रैक दीक्षा के चक्रों में 20 - 30% की वृद्धि होती है। ग्रेड 12 एक मध्यवर्ती वृद्धि है। दीवार की मोटाई नाममात्र तापमान वृद्धि को बदल देती है। मोटी दीवार (2.0 मिमी) की आधार रेखा ΔT अधिक है लेकिन अंडाकारता के कारण सापेक्ष वृद्धि कम है। मोड़ त्रिज्या भी अंडाकारता को प्रभावित करती है, एक बड़े मोड़ त्रिज्या (10D) में एक तंग मोड़ (3D) की तुलना में कम अंडाकार होगा। 30 मिनट के लिए 540 डिग्री पर झुकने के बाद तनाव से राहत देने से अवशिष्ट तनाव कम हो जाता है लेकिन अंडाकारता ठीक नहीं होती है
एक तर्कसंगत विशिष्टता लिखना
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 चक्र) 0.5% अंडाकारता और रोटरी ड्रा झुकने प्रदान करते हैं। 1.5% से अधिक अंडाकारता वाले मौजूदा हीटरों के लिए, हॉट स्पॉट को ठीक करने या हीट स्प्रेडर बनाने के लिए हीट फ्लक्स को 20% तक कम करें। एक समरूप ताप प्रवाह वितरण और मोड़ के शीर्ष पर एक विस्तारित तापीय थकान जीवन को ओवलिटी नियंत्रण <1.0% के साथ प्राप्त किया जाता है।
