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 seluruhnya) memusatkan fluks panas pada puncak tikungan. Ovalitas yang lebih tinggi (2 % vs 0,5%) meningkatkan fluks panas lokal sebesar 10-25 %. Hal ini disebabkan berkurangnya ketebalan dinding pada radius luar. Peningkatan fluks panas meningkatkan suhu lokal sebesar 10–25 derajat, sehingga mempercepat retak kelelahan termal. Untuk sebagian besar aplikasi, ovalitas 0,5% dapat diterima, dan ovalitas 2% mengurangi durasi inkubasi retak kelelahan termal sebesar 50-70%. Tempat yang paling rentan adalah puncak tikungan, yang memiliki ovalitas terbesar dan sisa tegangan akibat pembengkokan.

Bagaimana ovalitas menyebabkan pemfokusan fluks panas?

Ketika Anda membengkokkan sebuah tabung, jari-jari luar (extrados) menjadi lebih tipis (ketebalan dinding) dan jari-jari dalam (intrados) menjadi lebih tebal (ketebalan dinding). Ketebalan dinding lokal pada puncak tikungan dapat ditentukan dengan t_apex=t_nominal × (1 - 0.5 × ovalitas). Ketebalan dinding minimum di puncak adalah 1,38–1,41 mm untuk dinding 1,5 mm dengan ovalitas 2%. Aliran panas lokal berbanding terbalik dengan ketebalan dinding: qapex / qnominal=tnominal / tapex . Kenaikan suhu lokal adalah ΔT_apex=q_apex t_apex / k . Superposisi penurunan ketebalan dan fluks yang lebih tinggi menyebabkan titik panas di puncak kurva.

Fluks Panas, Kenaikan Suhu dan Ovalitas Kuantitatif

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

Waktu inkubasi kelelahan termal sebagai fungsi ovalitas

Uji siklik dengan perubahan suhu 100 derajat (50 derajat hingga 150 derajat ) selama 10.000 siklus telah menghasilkan siklus berikut untuk inisiasi retak untuk titanium Kelas 2. 0.5% Ovalitas 8.000-12.000 Siklus untuk Inisiasi Retak Pengurangan waktu inkubasi dibandingkan dengan Ovalitas 0% Garis Dasar Umur siklus pada ovalitas 1,0% adalah 5.000-8.000. Pengurangannya 30-40%. Pada ovalitas 1,5%, siklusnya 3000-5000, pengurangannya 50-60%. Pada ovalitas 2,0% siklusnya 2.000-3.500 dan menurun 65-70%. Siklus: 1.000 hingga 2.000 @ 3,0% ovalitas. Pengurangan: 80 hingga 85%.

Panduan Kontrol Ovalitas dan Metode Lentur

Tabel terlampir menentukan ovalitas maksimum yang diizinkan dari pemanas selubung titanium untuk siklus termal yang diantisipasi dan teknik pembengkokan yang diperlukan.

Siklus Termal yang Diharapkan Selama Masa Pakai Ovalitas Maksimum yang Diijinkan (%) 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 Kontrol Ovalitas

Tingkat titanium berdampak pada ketahanan terhadap kelelahan termal. Kelas 7 juga sensitif terhadap ovalitas, namun memiliki kekuatan lelah bawaan yang lebih tinggi, meningkatkan siklus inisiasi fraktur sebesar 20-30% untuk ovalitas yang sama. Kelas 12: peningkatan menengah. Ketebalan dinding mempengaruhi kenaikan suhu nominal. Garis dasar ΔT yang lebih besar adalah untuk dinding yang lebih tebal (2,0 mm), namun peningkatan proporsional karena ovalitas lebih kecil. Jari-jari tikungan juga berperan dalam ovalitas. Jari-jari tikungan lebar (10D) akan memiliki ovalitas yang lebih kecil dibandingkan tikungan sempit (3D). Anil pelepas tegangan setelah pembengkokan pada 540 derajat selama 30 menit mengurangi tegangan sisa, tetapi tidak memperbaiki ovalitas.

Menentukan dengan Percaya Diri

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 siklus). Kurangi aliran panas sebesar 20% untuk pemanas yang ada dengan ovalitas lebih dari 1,5% untuk memperhitungkan titik panas atau buat penyebar panas. Ovalitas dikontrol hingga di bawah 1,0% oleh insinyur untuk mendapatkan distribusi fluks panas yang homogen dan meningkatkan umur kelelahan termal pada puncak tikungan.