Πώς επηρεάζει η ωογένεια του σωλήνα (0,5% έναντι. 2%) ενός θερμαντήρα θήκης τιτανίου μετά την κάμψη την κατανομή της τοπικής ροής θερμότητας και τον χρόνο επώασης για ρωγμές θερμικής κόπωσης στην κορυφή κάμψης;

Το ωοειδές σωλήνα μετά την κάμψη (η παραλλαγή από μια εντελώς κυκλική διατομή) συγκεντρώνει τη ροή θερμότητας στην κορυφή της κάμψης. Η υψηλότερη ωογένεια (2% έναντι 0,5%) αυξάνει την τοπική ροή θερμότητας κατά 10-25%. Αυτό οφείλεται στο μειωμένο πάχος τοιχώματος στην εξωτερική ακτίνα. Η ενισχυμένη ροή θερμότητας ανεβάζει την τοπική θερμοκρασία κατά 10–25 βαθμούς, επιταχύνοντας έτσι το ράγισμα της θερμικής κόπωσης. Για τις περισσότερες εφαρμογές, είναι αποδεκτό ένα ωοειδές 0,5% και ένα ωοειδές 2% μειώνει τη διάρκεια της επώασης για ρωγμές θερμικής κόπωσης κατά 50-70%. Το πιο ευάλωτο σημείο είναι η κορυφή της κάμψης, η οποία έχει τη μεγαλύτερη ωοειδή μορφή και την πιο υπολειπόμενη τάση από την κάμψη.

Πώς η ωομορφία προκαλεί εστίαση της ροής θερμότητας;

Όταν λυγίζετε έναν σωλήνα, η εξωτερική ακτίνα (extrados) γίνεται πιο λεπτή (πάχος τοιχώματος) και η εσωτερική ακτίνα (intrados) γίνεται πιο παχιά (πάχος τοιχώματος). Το τοπικό πάχος τοιχώματος στην κορυφή κάμψης μπορεί να προσδιοριστεί από το t_apex=t_ονομαστικό × (1 - 0.5 × ωοειδές). Το ελάχιστο πάχος τοιχώματος στην κορυφή είναι 1,38–1,41 mm για πλασματικό τοίχο 1,5 mm με ωοειδές 2%. Η τοπική ροή θερμότητας είναι αντιστρόφως ανάλογη με το πάχος του τοιχώματος: qapex / qnominal=tnominal / tapex . Η τοπική άνοδος της θερμοκρασίας είναι ΔT_apex=q_apex t_apex / k . Η υπέρθεση μειωμένου πάχους και υψηλότερης ροής οδηγεί σε ένα καυτό σημείο στην κορυφή της καμπύλης.

Ροή θερμότητας, άνοδος θερμοκρασίας και ποσοτική ωογένεια

Οι ακόλουθες σχέσεις έχουν προκύψει για ένα σωλήνα OD 20 mm με ονομαστικό τοίχωμα 1,5 mm και ακτίνα κάμψης 5D σε ονομαστική ροή θερμότητας 20 W/cm2. Στον ιδανικό σωλήνα (0% ωοειδές) το ελάχιστο τοίχωμα στην κορυφή της κάμψης είναι 1,50 mm, η τοπική αύξηση της ροής θερμότητας είναι 0% και η αύξηση θερμοκρασίας στην κορυφή κάμψης πάνω από το ευθύ τμήμα είναι 0 μοίρες. Το ελάχιστο τοίχωμα στο 0,5 % ωοειδές είναι 1,47-1,49 mm Η αύξηση της ροής θερμότητας είναι 2-5 % και η αύξηση της θερμοκρασίας είναι 2-5 C. Οβαλότητα 1,0%, Ελάχιστο τοίχωμα 1,44-1,47 mm, Αύξηση 5-10%, Αύξηση θερμοκρασίας 5-10 βαθμοί. Για ωοειδές 1,5%, το ελάχιστο τοίχωμα είναι 1,41-1,44 mm, η αύξηση είναι 10-15%, η αύξηση της θερμοκρασίας είναι 10-15 C. Με 2,0 % ωοειδές το ελάχιστο τοίχωμα είναι 1,38–1,41 mm Αύξηση είναι 15–25 % Η άνοδος της θερμοκρασίας είναι 15–25 μοίρες. η αύξηση είναι 25-40%, και η άνοδος της θερμοκρασίας είναι 25-40C.

Χρόνος επώασης της θερμικής κόπωσης ως συνάρτηση της ωογένειας

Οι κυκλικές δοκιμές με αιώρηση θερμοκρασίας 100 μοιρών (50 μοίρες έως 150 μοίρες ) για 10.000 κύκλους απέδωσαν τους ακόλουθους κύκλους έναρξης ρωγμής για τιτάνιο Βαθμού 2. 0.5% Ovality 8.000-12.000 Cycles to Crack initiation Initiation Reduction0 Η διάρκεια ζωής του κύκλου σε 1,0% ωοειδές είναι 5.000-8.000. Η μείωση είναι 30-40%. Στο 1,5% ωοειδές, οι κύκλοι είναι 3000-5000, η ​​μείωση είναι 50-60%. Στο 2,0% ωοειδές οι κύκλοι 2.000-3.500 και μειώνονται 65-70%. Κύκλοι: 1.000 έως 2.000 @ 3,0% ωοειδές. Μείωση: 80 έως 85%.

Οδηγός για τον έλεγχο της ωογένειας και τη μέθοδο κάμψης

Ο συνοδευτικός πίνακας καθορίζει τη μέγιστη επιτρεπόμενη ωογένεια των θερμαντικών θηκών τιτανίου για τους αναμενόμενους θερμικούς κύκλους και την απαιτούμενη τεχνική κάμψης.

Αναμενόμενοι θερμικοί κύκλοι κατά τη διάρκεια ζωής Μέγιστη επιτρεπόμενη ωογένεια (%) Προτεινόμενη μέθοδος κάμψης Αναμενόμενοι κύκλοι για την έναρξη της ρωγμής<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 (ακραίος κύκλος)<0.5 Rotary draw + mandrel >12,000
Engineering Beyond Ovality Control

Η ποιότητα τιτανίου επηρεάζει την αντίσταση στη θερμική κόπωση. Ο βαθμός 7 είναι παρομοίως ευαίσθητος στην ωοειδότητα, αλλά έχει υψηλότερη εγγενή αντοχή κόπωσης, αυξάνοντας τους κύκλους για την έναρξη του κατάγματος κατά 20-30% για την ίδια ωομορφία. Βαθμός 12: ενδιάμεση βελτίωση. Το πάχος του τοιχώματος επηρεάζει την ονομαστική αύξηση της θερμοκρασίας. Η μεγαλύτερη ΔΤ βάσης είναι για το παχύτερο τοίχωμα (2,0 mm), αλλά η αναλογική αύξηση λόγω ωοειδούς σχήματος είναι μικρότερη. Η ακτίνα κάμψης παίζει επίσης ρόλο στην ωοειδή. Μια ευρεία ακτίνα κάμψης (10D) θα έχει μικρότερη ωογένεια από μια σφιχτή κάμψη (3D). Η ανόπτηση ανακούφισης από το στρες μετά από κάμψη στις 540 μοίρες για 30 λεπτά μειώνει την υπολειπόμενη τάση, αλλά δεν διορθώνει την ωοειδότητα.

Καθορισμός με σιγουριά

A titanium sheath heater having a bent section is subjected to more than 5,000 thermal cycles and the maximum ovality is specified at 1.0%. Requires mandrel bending with internal support to attain this ovality. Optical comparator or a set of callipers to measure ovality at the bend apex at four angles. Spec 0.5% ovality and rotating draw bending for high cycle applications (>20.000 κύκλοι). Μειώστε τη ροή θερμότητας κατά 20% για υπάρχοντες θερμαντήρες με ωοειδές σχήμα μεγαλύτερο από 1,5% για να λάβετε υπόψη το hot spot ή δημιουργήστε έναν διανομέα θερμότητας. Η ωογένεια ελέγχεται κάτω από 1,0% από τον μηχανικό για να επιτευχθεί ομοιογενής κατανομή της ροής θερμότητας και να αυξηθεί η διάρκεια ζωής της θερμικής κόπωσης στην κορυφή της κάμψης.