Pragu, mis ilmneb pärast sadu tsükleid
Roostevabast terasest sukelspiraal marineerimisvannis töötab tootmispartiide tsüklina vahemikus 25–80 kraadi. Pärast ligikaudu 400 termilist tsüklit ilmub keevisõmblusele nööpaugu leke. Spiraal on alla kahe aasta vana. Mitteväärismetalli paksus jääb piisavaks. Rike lokaliseeritakse täpselt keevisliite juures.
See tõrkemuster on levinud plaadistustöökodades, peitsimisliinides ja keemilisel jahvatamisel, kus soojusvahetid kogevad pigem korduvat termilist tsüklit kui püsivat-olekut. Mehhanism on termiline väsimus, mis on koondunud keevitamise teel tekkinud metallurgilistesse katkestustesse.
Miks keevisõmblused koondavad termilist pinget?
Keevisõmblus erineb mitteväärismetallist kolmel kriitilisel viisil. Keevisõmbluse täitemetallil on veidi erinev keemiline koostis, mis tekitab söövitavas keskkonnas galvaanilise paari. Keevisõmbluse kõrval oleval kuumus{2}}mõjutatud tsoonil on muudetud terastruktuuri ja vähenenud elastsus. Keevisõmbluse geomeetria loob pinge kontsentratsiooni keevisõmbluse otsas, kus armatuur kohtub mitteväärismetalliga.
Kui metallist kümblusmähis soojeneb 25 kraadilt 80 kraadini, tekitab soojuspaisumine survepinget. Jahtumisel muutub pinge tõmbejõuks. Keevisliide oma mikrostruktuuriliste erinevuste ja geomeetrilise pingekontsentratsiooniga kogub iga tsükliga plastilist pinget.
Pärast piisavaid tsükleid tekivad keevisõmbluses mikro{0}}praod. Söövitav protsessikeskkond kiirendab pragude levikut. Lõpuks tungib pragu läbi seina paksuse ja protsessivedelik lekib aurukondensaati või vastupidi.
Tabel 1: Soojusvaheti ehitusmeetodite termiline väsimuskindlus
| Ehitusmeetod | Keevisõmblused olemas | Stressi kontsentratsioonifaktor | Tüüpilised ebaõnnestumise tsüklid (ΔT=55 kraad) |
|---|---|---|---|
| Keevitatud SS 316L mähis | Jah (mitu) | 2,5-3,5 keevisvarba juures | 300-800 |
| Keevitatud titaanpool | Jah (mitu) | 2,0-3,0 keevisõmbluse juures | 500-1,200 |
| Joodetud vask-nikkel | Jah (mitu) | 2,0-2,8 liigendis | 200-600 |
| Kõik-PTFE õmblusteta toru | Mitte ühtegi | 1.0 (ühtlane) | >100 000 (mitte ühtegi keevisõmblust, mis ebaõnnestuks) |
Pingekontsentratsiooni tegurid tüüpiliste keelekümbluspoolide geomeetriate lõplike elementide analüüsist. Tsükli eluea andmed avaldatud väsimusuuringutest ja väljatõrkearuannetest.
Kõik-PTFE ehituse eelised
PTFE soojusvaheti torud toodetakse pasta ekstrusiooni teel, luues pidevad õmblusteta pikkused. Torus ei ole keevisõmblusi, liitekohti ega metallurgilisi katkestusi. Materjal on otsast lõpuni homogeenne.
PTFE soojuspaisumine on suurem kui metallidel, mida peetakse tavaliselt disainiprobleemiks. Kuid materjali paindlikkus võimaldab seda laienemist pigem elastse deformatsiooni kui pinge akumuleerumise kaudu. Korralikult toetatud PTFE toru paisub ja tõmbub temperatuurimuutustega vabalt kokku. Lokaalseid pingekontsentratsioone ei teki, kuna puuduvad geomeetrilised või metallurgilised katkestused.
PTFE väsimuskindlus tsüklilise koormuse korral ületab tunduvalt metallide oma soojuspaisumisele tüüpilises deformatsioonivahemikus. PTFE torud, mida on testitud korduva paindetsükliga soojuspaisumisega samaväärsetel deformatsiooniamplituudidel, ületab rutiinselt 100 000 tsüklit ilma tõrgeteta. Tavalistes plaadistus- ja peitsimistoimingutes tähendab see aastakümneid kestvat kasutust ilma termilise väsimuse probleemita.
Toetage disaini küsimusi
Kogu-PTFE-konstruktsioon välistab keevisõmblusega-seotud tõrked, kuid õige tugikonstruktsioon tagab täieliku väsimuse kestuse. Toed peavad võimaldama torude aksiaalset vaba liikumist soojuspaisumise ja kokkutõmbumise ajal. Laienemist piirav jäik kinnitus võib tekitada lokaalseid paindepingeid, mis koonduvad kinnituspunkti.
PTFE-soojusvahetid on tavaliselt toetatud tahkest PTFE-st või PVDF-st valmistatud piludega juhtplaatidega. Pilud on sellise suurusega, et võimaldada aksiaalset liikumist, säilitades soojusülekande jaoks torude vahekauguse. See tugimeetod välistab metallist tugiraamide puhul tekkida võiva liigese pinge kontsentratsiooni-.
Partii marineerimise põllutulemused
Terasest peitsimisliin, mis toimis partiidena -temperatuuritsüklitega ümbritseva õhu ja 75 kraadi vahel, asendas keevitatud titaanist kuumutusspiraalid, mis olid keevisõmblustes korduvalt ebaõnnestunud. Mähise keskmine eluiga oli 11 kuud, kusjuures kõik rikked tulenesid keevisõmblustega külgnevatest kuumusest{4}}mõjutatud tsoonidest tekkinud pragudest.
Kõik-PTFE-soojusvahetid paigaldati vaba soojuspaisumise jaoks mõeldud PTFE-juhtplaatidega. Pärast nelja-aastast identset termotsüklilist teenust ei ilmnenud PTFE-poolidel pragunemise märke, lekkeid ja stabiilset soojusülekande jõudlust. Õmblusteta konstruktsioon välistas ainsa rikkerežiimi, mis oli piiranud eelmiste mähiste kasutusiga.
Kokkuvõte
Keevitatud metallist soojusvahetid koondavad termilise väsimuspinge keevisõmblustele, kus mikrostruktuurilised erinevused ja geomeetrilised katkestused tekitavad pragusid. Korduva termilise tsükli korral, mis on tüüpiline partiide katmise ja peitsimise operatsioonidele, levivad need praod sadade tsüklite jooksul lekkimiseni.
Kõik-PTFE-soojusvaheti konstruktsioonid välistavad selle rikkerežiimi. Õmblusteta ekstrudeeritud torud ei sisalda keevisõmblusi, metallurgilisi katkestusi ega pingekontsentratsiooni kohti. Materjali paindlikkus võimaldab soojuspaisumist ilma väsimuskahjustusteta. Õige tugikonstruktsioon tagab vaba liikumise, vältides stressi koondumist tugipunktidesse.
Keevisõmblustega -seotud soojusvaheti rikete korral on PTFE õmblusteta mähiste suuruse tehniline analüüs saadaval töötemperatuuri vahemiku, tsükli sageduse, vanni keemia ja paagi mõõtmete esitamisel.
