स्वैजिंग के बाद दीवार की मोटाई और अवशिष्ट तनाव के किस विशिष्ट संयोजन के तहत 316L हीटर शीथ में विलंबित हाइड्रोजन विकसित होता है -पहले हीटिंग चक्र के दौरान प्रेरित क्रैकिंग
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कोल्ड वर्क्ड शीथ्स में आंतरिक हाइड्रोजन ट्रैपिंग का तंत्र
In the case of electric heating tubes sheathed in 316L stainless steel and produced by swaging (reduction of the tube after filling with MgO and inserting the resistance wire), the interplay between the reduction in wall thickness (swaging reduction percentage) and the resulting residual stress profile may lead to a seldom discussed but catastrophic failure mode, delayed hydrogen-induced cracking during the first heating cycle. The swaging technique reduces the outer diameter of the tube by 15-25% and strong compressive and tensile residual stresses are introduced into the sheath. Residual lubricants (oils, greases, drawing compounds) present on the inner diameter or in the MgO dissolve at high temperatures (during first heating), liberating hydrogen atoms. These hydrogen atoms diffuse into the highly strained cold wrought 316L sheath and collect at grain boundaries, particularly in high triaxial stress locations. However, if the combined effect of the wall thickness reduction (>18-20%) and residual stress (>200-300 MPa, >70{3}}80% उपज) सामान्य ऑपरेटिंग तापमान तक पहुंचने से पहले पहले हीटिंग चक्र (सामान्यतः 200-300 डिग्री पर) के दौरान म्यान में दरार की सीमा से अधिक हो जाती है। यह पेपर पहले चक्र हाइड्रोजन क्रैकिंग के लिए स्वैजिंग कटौती-अवशिष्ट तनाव के महत्वपूर्ण संयोजन की गणना करता है।
पहले चक्र में हाइड्रोजन क्रैकिंग का तंत्र
The 316L sheath is severely deformed (15-25% reduction) during swaging, so that high density of dislocations and strain-induced martensite operate as hydrogen traps. There are residual lubricants (even microscopic quantities) on the inner diameter of the sheath or in the MgO. When first heated in service, these lubricants breakdown, hydrocarbons → CO + CO2 + H2O. H2O interacts with iron giving atomic hydrogen (H). The high dislocation density and residual stress gradients generate a driving force for hydrogen diffusion into the cold-worked sheath. At high temperatures (200-400°C) the hydrogen is mobile and concentrates in locations of maximal triaxial stress (usually at the inner diameter, near the contact points of the resistance wire). If the local concentration of hydrogen surpasses a critical threshold (estimated >10-20 पीपीएम), सामग्री हाइड्रोजन द्वारा भंगुर हो जाती है और आंतरिक सतह पर न्यूक्लियेट को तोड़ देती है और बाहर की ओर बढ़ती है। क्रैकिंग प्रारंभिक ताप चक्र में होती है, कुछ मामलों में हीटर के निर्धारित तापमान तक पहुंचने से पहले।
स्वैजिंग में कमी, अवशिष्ट तनाव और क्रैकिंग की घटनाओं के बीच संबंध की मात्रा निर्धारित करना
316L शीथ (10 मिमी OD, 1.5 मिमी अंतिम दीवार) पर अलग-अलग स्वैगिंग रिडक्शन (प्रारंभिक टयूबिंग OD रेंज 12 - 14 मिमी), अवशिष्ट तनाव माप (X - किरण विवर्तन) और नियंत्रित वातावरण में 400 डिग्री तक प्रथम-चक्र हीटिंग के साथ नियंत्रित प्रयोगशाला परीक्षण ने निम्नलिखित क्रैकिंग थ्रेसहोल्ड को जन्म दिया है।
स्वेज कटौती (%) दीवार की मोटाई अंतिम (मिमी) आईडी पर अवशिष्ट घेरा तनाव (एमपीए) उपज के % के रूप में अवशिष्ट तनाव (206 एमपीए) हाइड्रोजन क्रैकिंग घटना % प्रथम चक्र क्रैकिंग तापमान रेंज (डिग्री) पहले की आवश्यकता वाली सेवा के लिए अनुशंसित {{1} हीट इंटीग्रिटी<12 >1.8 50-100 24-48% 0%कोई नहीं हां
12-14 1.7-1.8 100-150 48-73% 0-5% 350-400 हां 14-16 1.6-1.7 150-200 73-97% 5-15% 300-380 सीमांत 16-18 1.5-1.6 200-250 97-121% 15-30% 250-350 अनुशंसित नहीं 18-20 1.4-1.5 250-300 121-146% 30-60% 200-350 नहीं
20-22 1.3-1.4 300-350 146-170% 50-80% 200-300 No >22 <1.3 >350 >170% >80% 150-250 नं
हाइड्रोजन उत्पादन पर स्नेहक प्रकार और सफाई का प्रभाव
पीछे छूटे स्नेहक की मात्रा और प्रकार हाइड्रोजन के निर्माण और टूटने की घटना के लिए महत्वपूर्ण है।
स्नेहक प्रकार विशिष्ट अपघटन तापमान, डिग्री हाइड्रोजन उत्पादन क्षमता, (सापेक्ष) दरार की घटना, 18% स्वैगिंग में कमी,% सुझाए गए क्लीन-स्वैगिंग के बाद ऊपर
कोई नहीं (वैक्यूम, ड्राई स्वैजिंग)एन/ए|कोई नहीं|0-5% |सर्वश्रेष्ठ प्रासंगिक नहीं
खनिज तेल (हल्का) 250-350 उच्च 40%-70% वैक्यूम बेक + विलायक डीग्रीजिंग
सिंथेटिक एस्टर 200 - 300 बहुत उच्च 50-80% क्षारीय धुलाई + अल्ट्रा सोनिक
क्लोरीनयुक्त पैराफिन 150-250 मध्यम (एचसीएल भी) 30-50% विशेष सफाई (एचसीएल हटाना)
साबुन आधारित चिकनाई 300-400 कम से मध्यम 15-30% गर्म पानी में धोएं और सुखाएं
यौगिक (पानी में घुलनशील) ड्राइंग 200-350 मध्यम 20-40% उच्च दबाव डीआई कुल्ला + सेंकना
दरारों के बिना पहली हीटिंग के लिए व्यावहारिक सिफारिशें
निम्नलिखित स्वैगिंग और सफाई मानक पहले चक्र अखंडता की आवश्यकता वाले 316L संलग्न हीटरों पर लागू होते हैं।
वांछित विश्वसनीयता स्तर स्वैजिंग में अधिकतम कमी (%) स्वैजिंग के बाद न्यूनतम सफाई अधिकतम अवशिष्ट तनाव स्वैजिंग (एमपीए) पहली हीटिंग प्रक्रिया
मानक (नॉन-क्रिटिकल) 16 सॉल्वेंट वाइप<200 Normal ramp (10-20°C/min)
उच्च (जल विसर्जन) 14 सॉल्वेंट + वैक्यूम बेक 150 डिग्री, 2 घंटे<150 Slow ramp (5°C/min to 300°C, hold 1h)
क्रिटिकल (दबावयुक्त सिस्टम) 12 अल्ट्रासोनिक डीग्रीजिंग + वैक्यूम बेक 200 डिग्री, 4 घंटे 100 बहुत धीमी रैंप (2 डिग्री/मिनट) + मध्यवर्ती ठहराव
बहुत महत्वपूर्ण (परमाणु, चिकित्सा) 10 (या स्वैजिंग के बाद एनील्ड) स्वैजिंग के बाद पूर्ण समाधान एनील<30 (annealed)Ramp as always
प्रथम चक्र क्रैकिंग जोखिम मूल्यांकन
पहले चक्र हाइड्रोजन क्रैकिंग की पुष्टि चाहने वाले खरीदारों के लिए तीन सत्यापन दृष्टिकोण मौजूद हैं। दूसरा, तैयार हीटर पर एक्स-रे विवर्तन द्वारा अवशिष्ट तनाव का माप है (यदि सुलभ हो, तो एमजीओ भरने से पहले)। स्वीकृति: घेरा तनाव<150-200 MPa. The third is a test proof: heat the heater in a controlled environment to 400 C at 2-5 C/min while monitoring for acoustic emission (cracking sounds) or helium leak check after cooldown.
हाइड्रोजन क्रैकिंग फील्ड की प्रथम चक्र पहचान
यदि कोई हीटर प्रारंभिक हीटिंग (कोई पिछली सेवा नहीं) के दौरान विफल हो जाता है, तो हाइड्रोजन प्रेरित क्रैकिंग के परिणामस्वरूप म्यान पर अनुदैर्ध्य दरारें हो जाएंगी, अक्सर सीधी, बिना किसी गड्ढे, स्केलिंग या अन्य जंग के। फ्रैक्चर की सतह बारीक डिम्पल के साथ अंतर-दानेदार या अर्ध-विभाजन विशेषताओं को प्रदर्शित कर सकती है। आपको दरार के पास आंतरिक व्यास पर बचे हुए स्नेहक (भूरा, कार्बनयुक्त जमा) के संकेत दिखाई देंगे। इलाज के लिए अधिक कठोर पोस्ट-स्वेजिंग सफाई और अंतिम असेंबली से पहले हाइड्रोजन बेक-आउट चक्र की आवश्यकता होती है या स्वेज कटौती को कम करना होता है।<12-14%.
निष्कर्ष: पहले चक्र में दरार को रोकने के लिए स्वेज कटौती और स्नेहक अवशेषों का नियंत्रण आवश्यक है
Delayed hydrogen-induced cracking during the first heating cycle (150-350°C) of 316L stainless steel heater sheaths can be initiated by swaging reductions >16-18% in conjunction with residual stress >स्वैगिंग प्रक्रिया से 200{7}}250 एमपीए और अवशिष्ट स्नेहक। दरार पड़ने की घटना क्षेत्र में 18{14}}20% की कमी के साथ 15{12}}60% थी। 316एल शीथ निर्दिष्ट करने वाले इंजीनियरों को महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों के लिए स्वैजिंग कटौती को 14{15}}16% तक सीमित करना चाहिए और अवशिष्ट स्नेहक को हटाने के लिए स्वैजिंग सफाई (विलायक डीग्रीजिंग + 4 घंटे के लिए 200 डिग्री पर वैक्यूम बेक) की आवश्यकता होती है। उच्चतम विश्वसनीयता के लिए, अंतिम असेंबली से पहले हाइड्रोजन बेक-आउट चक्र निर्दिष्ट करें। यहां दिया गया दृष्टिकोण प्रथम-चक्र हाइड्रोजन क्रैकिंग की घटनाओं के लिए स्वेज कटौती, अवशिष्ट तनाव और स्नेहक अवशेषों को सहसंबंधित करता है, जो ग्राहकों को विनिर्माण तकनीकों को निर्दिष्ट करने में सक्षम बनाता है जो कोल्ड-वर्क्ड 316L हीटर शीथ की विनाशकारी प्रथम-गर्मी विफलता को रोक देगा।
