Bagaimana Metode Pembengkokan (Mandrel vs. Kompresi) dari Pemanas Tabung Titanium U-Mempengaruhi Distribusi Tegangan Residu di Tekuk, dan Selanjutnya Ketahanannya terhadap Klorida-Menginduksi Retak pada Pompa Panas Laut?

Pertukaran Dasar-Metode Pembengkokan untuk Pemanas Titanium Laut
Pompa panas laut menggunakan pemanas tabung U-titanium yang direndam dalam air asin atau air garam. Daerah tikungan tabung U-adalah lokasi yang paling terkonsentrasi tegangan dan paling sensitif terhadap klorida yang menyebabkan retak korosi tegangan (SCC). Dua metode pembengkokan yang umum menghasilkan distribusi tegangan sisa yang berbeda. Pembengkokan mandrel menggunakan penyangga internal (mandrel) untuk menelusuri bagian dalam tabung selama pembengkokan, sehingga menghasilkan ketebalan dinding yang halus dan konsisten serta tegangan sisa yang minimum. Pembengkokan kompresi, juga dikenal sebagai pembengkokan ram, mendorong tabung mengelilingi cetakan tetap tanpa dukungan internal apa pun. Hasilnya adalah penampang-yang rata dengan sisa regangan tarik yang tinggi pada radius luar, atau ekstradosse. Strain sisa ini, bersamaan dengan paparan klorida pada suhu tinggi (50–70 derajat ), dapat menyebabkan SCC. Presentasi ini menganalisis dua metode pembengkokan dan menjelaskan mengapa pembengkokan mandrel lebih disukai untuk layanan kelautan dan bagaimana ketebalan dinding mempengaruhi distribusi tegangan sisa.

Dampak terhadap Integritas Mekanik: Tegangan sisa akibat tekukan
Pembengkokan mandrel menggunakan mandrel internal yang menopang dinding tabung selama pembentukan untuk mencegah melemahnya dinding dan menjaga sirkularitas. Regangan lentur seragam sepanjang penampang tabung. Setelah pembengkokan mandrel, tegangan sisa umumnya berkisar antara 50–100 MPa (tarik pada ekstrados dan tekan pada intrados). Tekanan ini berada di bawah ambang batas inisiasi SCC pada titanium di air laut (sekitar 150-200 MPa). Daerah bengkok masih menunjukkan ketahanan terhadap retak akibat klorida.

Pada lentur tekan (tanpa mandrel) terdapat penipisan yang signifikan pada dinding luar tikungan (penurunan dinding sebesar 10-20%), tekuk dan mungkin kerutan pada dinding bagian dalam. Tegangan tarik sisa pada ekstrados bisa mencapai 200-300 MPa, mendekati atau melampaui kekuatan luluh titanium Kelas 2 (275 MPa). Tegangan sisa berada di atas ambang batas SCC. Ion klorida dalam air asin dapat menyebabkan retakan pada tikungan ekstrados dalam jangka waktu 6-12 bulan pada suhu 60 derajat. Retakan tersebut tumbuh secara intergranular di sepanjang wilayah yang sangat tegang sehingga menyebabkan kegagalan pemanas.

Kinerja Termal Dampak Penipisan Dinding dan Perpindahan Panas
Pembengkokan kompresi menyebabkan penipisan dinding lokal pada ekstrados tikungan. Untuk dinding nominal 1,2 mm, ketebalan ekstrados dapat dikurangi menjadi 0,9-1,0 mm dengan kompresi lentur. Bagian yang lebih tipis ini sedikit lebih hangat (1-2 derajat ) dibandingkan bagian lurus untuk kepadatan daya yang sama, yang dapat mempercepat korosi. Pembengkokan mandrel menjaga ketebalan dinding yang konsisten pada tikungan, menjaga homogenitas termal.

Sintesis Pengorbanan-: Teknik Pembengkokan dan Ketebalan Dinding
Metode Pembengkokan Keseragaman Ketebalan Dinding Tegangan Residu pada Extrados (MPa) Risiko SCC (air laut, 60 derajat ) Umur Pemakaian Ketebalan Dinding yang Direkomendasikan (tahun)
Kompresi (memori)Tidak-seragam (penipisan 10-20%) 200-300 MPaTinggi (retak dalam 6-12 bulan)Apa saja (tidak ada manfaatnya)<2 years
Kompresi + anil pelepas stresNon-seragam 80-120 МПаRendah (setelah anil) 1,5 mm (untuk mengatasi penipisan) 5-8 tahun
Mandrel (Dukungan Internal)Seragam (±5%) 50 – 100 MPaTidak ada (di bawah ambang batas) 1,0-1,2 mm 10+ tahun
Mandrel + electropolish Setara 40 – 80 MpaNone 1,0 mm 15+ tahun
Kombinasi optimal antara tegangan sisa yang rendah dan ketahanan SCC diperoleh dengan pembengkokan mandrel dengan dinding 1,0-1,2 mm. Untuk pembengkokan kompresi pada layanan kelautan, anil pasca tekukan tidak diperbolehkan, berapa pun ketebalan dindingnya.

Metode Rekayasa Melampaui Pembengkokan: Anil Penghilang Stres
Jika tekukan kompresi diperlukan karena batas produksi, anil pelepas tegangan pasca tekuk (520 derajat selama 45 menit dalam atmosfer argon) mengurangi tegangan sisa sebesar 60–80 %. Tabung U-tekan kompresi anil memiliki tegangan sisa sebesar 80-120 MPa, masih lebih tinggi dibandingkan tegangan sisa untuk pembengkokan mandrel, namun di bawah ambang batas SCC. Namun, dinding menjadi tipis akibat tekukan kompresi, oleh karena itu dinding nominal yang lebih tebal (1,5 mm) harus digunakan untuk menjamin ketebalan yang memadai pada ekstrados setelah penipisan (ketebalan tersisa=1.2–1,3 mm). Pembengkokan kompresi + anil + dinding yang lebih tebal dapat mencapai masa pakai 5-8 tahun di pompa panas maritim, dapat diterima tetapi tidak sangat baik.

Kesimpulan: Pembengkokan mandrel lebih disukai untuk layanan kelautan dengan ketebalan dinding 1,0-1,2 mm.
Metode pembengkokan pemanas tabung U-titanium dalam pompa panas laut yang terkena air asin pada suhu 60 derajat sangat penting untuk distribusi tegangan sisa pada tikungan dan ketahanan terhadap keretakan yang disebabkan oleh klorida-. Pembengkokan mandrel (dengan penyangga internal) menghasilkan ketebalan dinding yang homogen dan tegangan sisa yang rendah (50–100 MPa) di bawah ambang batas SCC, sehingga dinding konvensional berukuran 1,0–1,2 mm dapat bertahan selama 10+ tahun. Pembengkokan kompresi (tanpa mandrel) menyebabkan penipisan dinding dan tegangan sisa yang tinggi (200–300 MPa) melebihi ambang batas SCC, menyebabkan retak dalam waktu 6–12 bulan, berapa pun ketebalan dinding. Standar yang direkomendasikan adalah pipa titanium kelas 2 bengkok mandrel, ketebalan dinding 1,0 hingga 1,2 mm, permukaan akhir yang dipoles secara elektro. Jika tekukan kompresi diperlukan, perlu-anil pelepas tegangan pasca tekukan dan dinding yang lebih tebal (1,5 mm) untuk mengimbangi penipisan, namun diperkirakan masa pakainya lebih pendek (5-8 tahun). Jika Anda memesan pemanas tabung-U untuk pompa kalor maritim, tentukan tekukan mandrel dan minta bukti pengukuran tegangan sisa (<100 MPa) in the bend region. Wall thickness is no substitute for good bending exercise.