Bagaimana Ovalitas Tabung (0,5% vs. 2%) dari Pemanas Selubung Titanium Setelah Pembengkokan Mempengaruhi Distribusi Fluks Panas Lokal dan Waktu Inkubasi Retakan Kelelahan Termal di Puncak Tikungan?

Ovalitas tabung setelah pembengkokan - variasi dari penampang lingkaran penuh-– memusatkan fluks panas pada puncak pembengkokan. Ovalitas yang lebih tinggi (2% berbanding 0,5%) menyebabkan peningkatan fluks panas lokal sebesar 10–25% karena ketebalan dinding yang lebih kecil pada radius luar. Fluks panas yang lebih tinggi meningkatkan suhu lokal sebesar 10–25 derajat, dan karenanya meningkatkan retak kelelahan termal. Ovalitas 0,5% dapat diterima untuk sebagian besar aplikasi. Ovalitas sebesar 2% mengurangi waktu inkubasi retak kelelahan termal sebesar 50-70%. Puncak tikungan adalah area yang paling rentan karena memiliki ovalitas tertinggi dan sisa tegangan akibat pembengkokan.

Mekanisme ovalitas menyebabkan konsentrasi fluks panas

Ketika sebuah tabung dibengkokkan, dinding menjadi lebih tipis pada jari-jari luar (extrados) dan lebih tebal pada jari-jari dalam (intrados). Ketebalan dinding lokal pada puncak tikungan dapat dihitung sebagai t_apex=t_nominal x (1-0.5xovalitiy). Untuk dinding nominal 1,5 mm dengan ovalitas 2 %, ketebalan dinding minimum pada puncaknya adalah 1,38–1,41 mm. Aliran panas lokal berbanding terbalik dengan ketebalan dinding: qapex/ qnominal=tnominal / tapex. Kenaikan suhu lokal adalah ∆Tapex=qapextapex/k. Dampak gabungan dari ketebalan yang lebih rendah dan fluks yang lebih tinggi menciptakan titik panas di dekat puncak kurva.

Fluks Panas Kuantitatif, Kenaikan Suhu, dan Ovalitas

Hubungan berikut telah dibuat untuk tabung OD 20 mm dengan dinding nominal 1,5 mm dan radius tekukan 5D pada fluks panas nominal 20 W/cm². Untuk ovalitas 0% (tabung ideal), dinding minimum pada puncak tikungan adalah 1,50 mm, peningkatan aliran panas lokal adalah 0% dan kenaikan suhu pada puncak terhadap bagian lurus adalah 0 derajat. Ovalitasnya 0,5%, dinding minimum 1,47–1,49 mm, peningkatan fluks panas 2–5%, dan kenaikan suhu 2–5 derajat. Untuk ovalitas 1,0 %, dinding minimum 1,44–1,47 mm, peningkatan 5–10 %, kenaikan suhu 5–10 derajat . 1.5% ovalitas dinding minimum adalah 1,41-1,44 mm, peningkatan 10-15%, dan peningkatan suhu 10-15 derajat . Pada ovalitas 2,0%, dinding minimumnya adalah 1,38-1,41 mm. Kenaikannya 15-25% Kenaikan suhunya 15-25 derajat. Pada 3,0 % ovalitas dinding minimum adalah 1,32-1,36 mm, peningkatan 25-40 %, kenaikan suhu 25-40 derajat.

Ketergantungan Ovalitas pada Waktu Inkubasi Kelelahan Termal

Pengujian siklik dengan perubahan suhu 100 derajat (50 derajat hingga 150 derajat ) selama 10.000 siklus telah menunjukkan siklus awal retak berikut untuk titanium Kelas 2: Untuk ovalitas 0,5%, jumlah siklus untuk memulai retakan adalah 8.000–12.000 dan pengurangan waktu inkubasi relatif terhadap ovalitas 0% adalah dasar. Ovalitasnya adalah 1,0%. Siklusnya 5.000-8.000. Penurunannya adalah 30-40 %. 3,000-5,000 siklus pada ovalitas 1,5% dan pengurangan 50-60%. 2.0% ovalitas, 2,000-3,500 siklus, pengurangan 65-70%. Siklus 1.000-2,000. 3.0% ovalitas. Pengurangan 80-85%

Pedoman Metode Pembengkokan dan Pengendalian Ovalitas

Tabel di bawah menunjukkan ovalitas maksimum yang diperbolehkan untuk pemanas selubung titanium untuk siklus termal yang diharapkan dan metode pembengkokan yang direkomendasikan.

Ovalitas Maksimum yang Diijinkan (%) Siklus Termal yang Diharapkan selama Masa Pakai Metode Pembengkokan yang Direkomendasikan Siklus yang Diharapkan untuk Inisiasi Retak<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 (siklus ekstrim)<0.5 Rotary draw + mandrel >12,000
Rekayasa Melampaui Kendali Ovoiditas

Kualitas titanium berdampak pada ketahanan lelah termal. Tingkat 7 menunjukkan sensitivitas yang sebanding terhadap ovalitas namun memiliki kekuatan kelelahan intrinsik yang lebih tinggi, yang menyebabkan peningkatan sebesar 20-30% dalam siklus inisiasi retakan untuk ovalitas yang sama. Kelas 12 adalah peningkatan menengah. Ketebalan dinding mengubah kenaikan suhu nominal. Dinding yang lebih tebal (2,0 mm) mempunyai garis dasar ΔT yang lebih besar tetapi peningkatan relatif akibat ovalitas lebih kecil. Jari-jari tikungan juga mempengaruhi ovalitas, radius tikungan yang lebih besar (10D) akan memiliki ovalitas yang lebih kecil dibandingkan tikungan rapat (3D). Anil pelepas stres pasca tikungan pada 540 derajat selama 30 menit mengurangi tegangan sisa tetapi tidak memperbaiki ovalitas

Menulis Spesifikasi Rasional

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 siklus) menghasilkan ovalitas 0,5% dan pembengkokan tarikan putar. Untuk pemanas yang ada dengan ovalitas lebih dari 1,5%, turunkan fluks panas sebesar 20% untuk memperbaiki titik panas atau membangun penyebar panas. Distribusi fluks panas yang homogen dan umur kelelahan termal yang diperpanjang pada puncak tikungan dicapai dengan kontrol ovalitas <1,0%.