Usaldusväärsuse inseneride ja hooldusspetsialistide jaoks, kes vastutavad elektriliste sukelsoojendite eest pidevates tööstuslikes protsessides-, nagu survevalumasinad, termoõlisüsteemid ja kolbkompressoripaketid,-loob termilise tsükli ja mehaanilise vibratsiooni koostoime keeruka väsimuskeskkonna, mida harva fikseeritakse ühe-režiimi testimisega. Intuitsioon viitab sellele, et paksem 2,0 mm 316 roostevabast terasest mantel peaks alati kestma kauem kui õhem 1,2 mm kest mis tahes tsüklilise koormuse korral. Kuid rakendustes, kus kõrgsageduslik -termiline tsükkel langeb kokku mõõduka mehaanilise vibratsiooniga, võib olla vastupidine. Paksem sein tekitab kiirete temperatuurimuutuste ajal suuremaid mööduvaid termilisi pingeid, samas kui selle suurem jäikus kannab vibratsioonijõudu otse MgO liidesele ja takistustraadile. See artikkel määrab kindlaks soojustsükli sageduse, temperatuuri kõikumise ja vibratsiooni amplituudi spetsiifilise kombinatsiooni, mille korral 2,0 mm ümbris puruneb enne 1,2 mm kesta, andes kvantitatiivsed läved projekteerimisotsuste tegemiseks{13}}.
Mehaaniline koostoime termilise stressi ja vibratsiooniväsimuse vahel
Artiklis 28 käsitletud puhas termiline tsükliväsimus 316 ümbrises on tingitud temperatuurigradiendist seina paksuse ulatuses. 2,0 mm seina puhul on mööduv gradient 20-250-kraadise tsükli jooksul kiirusega 10 kraadi sekundis ligikaudu 220 kraadi, mis tekitab ligikaudu 350 MPa -soojuspinge, mis on tunduvalt suurem kui voolavuspiir 316 kõrgemal temperatuuril. Materjal annab iga tsükli plastiliselt järele, kogudes kahjustusi. 1,2 mm seina puhul tekitab sama transient 130-kraadise gradiendi ja ligikaudu 200 MPa pinge, mis on sageli alla tootlikkuse künnise. Järelikult kogeb õhem sein soojustsükli jooksul vähe või üldse mitte plastilist pinget, samas kui paksem sein kogub olulisi kahjustusi. Kui mehaaniline vibratsioon on peale kantud, interakteeruvad kahjustusmehhanismid. Ainuüksi vibratsioon tekitab vahelduvaid paindepingeid, mis on paksemas seinas madalamad selle suurema sektsioonimooduli tõttu. Vibratsioonistress lisab aga kuumutusfaasis termilist pinget. 2,0 mm ümbrise puhul, mis on juba ainuüksi termilise pinge tõttu tootluse lähedal või suurem, surub isegi väikese vibratsioonipinge lisamine materjali veelgi plastilisele režiimile, kiirendades pragude teket. 1,2 mm kesta puhul, mis jääb ainuüksi termilise pinge korral elastseks, võib vibratsioonipinge lisamine hoida materjali tootlikkusest madalamal, mistõttu kahjustused ei kiirene.
Väsimuse eluea ümberpööramise kvantitatiivsed läved
Kontrollitud laboratoorsed testid, milles kasutati kuumutatud 316 kesta, mis on paigaldatud vibratsioonilauale koos samaaegse termilise tsükliga, on tuvastanud konkreetsed tingimused, mille korral 2,0 mm kesta eluiga langeb alla 1,2 mm kesta oma. Soojustsükli sagedusel 2 tsüklit tunnis (48 tsüklit päevas) temperatuuri kõikumisega 20 kraadist 250 kraadini ja vibratsiooni amplituudiga 1 g sagedusel 30 Hz, läheb 2,0 mm kest rikki umbes 8000 tsükliga, samas kui 1,2 mm kest ületab 25 versiooni tsüklit ilma riketeta. kui 3:1 õhema seina kasuks. 0,5 g vibratsiooni amplituudiga peab 2,0 mm kest ellu 15 000 tsüklit, jäädes siiski alla 1,2 mm kesta 25 000 tsüklit. 0,2 g vibratsiooniga-, mis on tüüpiline hästi-isoleeritud paigaldustele-, saavutab 2,0 mm ümbris 22 000 tsüklit, mis läheneb õhukese-seina jõudlusele, kuid ei ületa seda. Termotsükli sagedustel alla 0,5 tsükli tunnis (12 tsüklit päevas) on 2,0 mm ümbrisel piisavalt aega tsüklite vahel pingete leevendamiseks ja selle väsimuse kestus ületab 1,2 mm kesta oma. Seetõttu määratletakse kriitiline režiim, mille puhul paksud seinad ei toimi, termilise tsükli sagedusega üle 1 tsükli tunnis koos vibratsiooni amplituudiga üle 0, 3 g. Selles režiimis domineerib paksema seina kõrgem termiline pinge rikkemehhanismis ja vibratsioonistress toimib pigem kiirendajana kui peamise põhjusena.
Kombineeritud laadimisvaliku maatriks 316 ümbrisele
Järgmises tabelis on toodud soovitatavad 316 ümbrise seinapaksused rakenduste jaoks, mis hõlmavad samaaegset termotsüklit ja mehaanilist vibratsiooni. Väärtused põhinevad kombineeritud katseandmetel 20-250-kraadise temperatuurikõikumise ja 30 Hz vibratsioonisagedusega.
| Soojustsükli sagedus (tsükleid tunnis) | Vibratsiooni amplituud (g) | Temperatuuri kõikumine ( kraad ) | Soovitatav ümbrise seina paksus 316 | Eeldatav tsüklite ebaõnnestumine soovitatava paksuse korral | Domineeriv rikkemehhanism |
|---|---|---|---|---|---|
| Vähem kui 0,5 | Ükskõik milline | Ükskõik milline | 2,0 – 2,5 mm | 20,000 – 30,000 | Vibratsiooniväsimus; eelistatavalt paks sein |
| 0.5 – 1.0 | Alla 0,2 g | Kuni 200 kraadi | 1,6 – 2,0 mm | 18,000 – 25,000 | Segatud; kas paksus on vastuvõetav |
| 0.5 – 1.0 | 0.2 – 0.5g | Kuni 200 kraadi | 1,2 – 1,6 mm | 15,000 – 22,000 | Tekkiv termiline stress; eelistatavalt õhuke sein |
| 1.0 – 2.0 | Alla 0,2 g | 150-250 kraadi | 1,2 – 1,6 mm | 18,000 – 25,000 | Dominantne termiline stress; vältida pakse seinu |
| 1.0 – 2.0 | 0.2 – 0.5g | 150-250 kraadi | 1,0 – 1,2 mm | 15,000 – 20,000 | Kombineeritud laadimine; õhuke sein hädavajalik |
| 1.0 – 2.0 | Üle 0,5 g | Ükskõik milline | Ei soovita 316-ga | Alla 10 000 | Minge üle Incoloy 800H-le või eraldage vibratsioon |
| Üle 2,0 | Ükskõik milline | Üle 150 kraadi | Ei soovita | Alla 8000 | Termiline jalgrattasõit on 316 jaoks liiga raske |
Rakenduste jaoks, mis langevad maatriksi kõrge -riskipiirkonda-soojustsükli sagedus üle 1 tunnis ja vibratsioon üle 0,3 g-, on inseneridel kolm võimalust. Esimene on isoleerida kütteseade vibratsiooni eest, kasutades painduvaid kinnitusi või klemmi korpuse kaugpaigaldust. Vibratsiooni vähendamine 0,5 g-lt 0,1 g-le võib pikendada tööiga 3-5 korda. Teine võimalus on vähendada soojustsükli sagedust, rakendades minimaalset ooterežiimi temperatuuri, hoides kütteseadet vahemikus 150–250 kraadi, selle asemel, et ümbritsevast keskkonnast liikuda. Kolmas võimalus on minna üle Incoloy 800H-le, millel on väiksem soojuspaisumine ja suurem tugevus kõrgel temperatuuril, muutes selle vastupidavamaks nii termilisele kui ka vibratsioonile. Küttekehade määramisel kolbkompressoripakettidele või survevalumasinatele,{17}}mõlemat iseloomustavad sagedased termilised tsüklid ja märkimisväärne vibratsioon{18}}, peaksid insenerid taotlema tootjalt kombineeritud koormusväsimuse andmeid. Tarnija, kes esitab ainult ühe{20}režiimi katseandmeid (ainuüksi soojustsükkel või ainult vibratsioon), ei saa tegelikus töökeskkonnas kasutusiga täpselt ennustada. Nende rakenduste enneaegse rikke hind on märkimisväärne, mis nõuab sageli pidevate protsesside planeerimata seiskamist. Õige seinapaksuse valimine kombineeritud koormusanalüüsi põhjal on kriitiline tehniline otsus, mida ei saa asendada lihtsa reegliga, et paksem on alati parem. Kõrgsagedusliku termilise tsükli ja mõõduka vibratsiooni keeruka kombinatsiooni jaoks peab 1,2 mm 316 kest sageli kaks korda või enam korda kauem kui 2,0 mm, muutes õhema seina õigeks vastupidavuse, mitte ainult termilise jõudluse näitajaks.
