لولههای گرمایش تیتانیومی که در معرض گرمایش و سرمایش دورهای مکرر قرار میگیرند، به دلیل انبساط و انقباض ناسازگار بین لایه سطحی و ماتریس داخلی، تنشهای حرارتی کششی و فشاری متناوب را در داخل دیواره لوله ایجاد میکنند. پس از چرخههای تنش مکرر، ریزترکها در ناپیوستگیهای ساختاری و نقصهای سطحی جوانه میزنند، به تدریج در جهت ضخامت گسترش مییابند و در نهایت ترکهای نافذی را تشکیل میدهند که منجر به نشت متوسط میشود. این آسیب عمدتاً در تجهیزاتی با شروع{2}}توقف مکرر و نوسانات شدید دما، مربوط به خرابی خستگی که صرفاً توسط بار حرارتی چرخه ای ایجاد می شود، رخ می دهد.
1. مکانیزم شروع و انتشار ترک خستگی حرارتی
هنگامی که بدنه لوله به سرعت گرم می شود، سطح بیرونی ترجیحاً منبسط می شود و توسط مواد داخلی با دمای پایین مهار می شود و تنش کششی سطح ایجاد می کند. در طول خنک شدن سریع، لایه بیرونی سریعتر منقبض می شود و برای ایجاد تنش فشاری فشرده می شود. تغییر مداوم کشش و فشار، تنش حرارتی متناوب دوره ای را تشکیل می دهد. خراش های ریز، تغییر رنگ جوش و عیوب بریدگی جوش تبدیل به نقاط تمرکز تنش و منابع شروع ترک می شوند. تحت بار چرخه ای، ترک های خستگی به طور عمود بر جهت تنش اصلی منبسط می شوند. هنگامی که ترک ها از ضخامت دیوار عبور می کنند، نشتی متوسط رخ می دهد. بر خلاف ترک خوردگی تنشی، خستگی حرارتی به محیط خورنده متکی نیست و انبساط ترک تحت تأثیر آسیب خستگی مکانیکی است.
2. موقعیت های معمولی مستعد آسیب خستگی حرارتی
اتصالات جوش و مناطق تحت تأثیر گرما{0}}با ساختار متالوگرافی ناهموار و تمرکز تنش برجسته؛
ورودی متوسط که در آن سیال سرد مستقیماً دیواره لوله داغ را تحت تأثیر قرار می دهد تا گرادیان دمای محلی شدید را تشکیل دهد.
زانوها، کاهنده ها و قسمت های ریشه فلنج با تغییرات ناگهانی بخش ساختاری.
گاز{0}}خطوط سطح مایع متناوب با اختلاف دمای آشکار بین دو فاز.
بخش های لوله با گیره سخت که نمی توانند آزادانه با تغییرات دما منبسط و منقبض شوند.
3. عوامل کلیدی تسریع شکست حرارتی خستگی
عملکرد غیر استاندارد با شروع مکرر اضطراری-توقف و تزریق مستقیم محیط سرد به خطوط لوله-در دمای بالا.
تثبیت سفت و سخت بدون دستگاه های جبران انبساط، قفل کردن جابجایی حرارتی و انباشته شدن تنش پسماند.
گرمایش متمرکز جزئی که منجر به اختلاف دمای بیش از حد موضعی و تنش حرارتی می شود.
سطح ناهموار، سوراخ های جوشکاری و فرورفتگی هایی که منابع ترک ترجیحی را تشکیل می دهند.
سرویس طولانی مدت-در دمای بالا- باعث درشت شدن دانه و کاهش مقاومت در برابر خستگی مواد می شود.
4. اقدامات فنی کنترل پیشگیرانه کامل-پیوند کنید
① افزایش مرحلهای دما و مشخصات عملیات خنکسازی را پیادهسازی کنید
گرمایش شیب آهسته قبل از راهاندازی و خنکسازی مرحلهبهگام در حین خاموش شدن برای کاهش تأثیر اختلاف دمای لحظهای اتخاذ کنید.
② سیستم پشتیبانی خط لوله را بهینه کنید
اتصالات انبساط و تکیه گاه های کشویی را برای کاهش تنش تغییر شکل حرارتی و جلوگیری از محدودیت های سفت و سخت تجهیز کنید.
③ جوشکاری و سطوح لوله را برای از بین بردن منابع نقص جلا دهید
گوشه های تیز، سوراخ ها و خراش ها را آسیاب کنید تا نقاط شروع تمرکز استرس را از بین ببرید.
④ طرح گرمایش را برای ورودی گرمای یکنواخت بهینه کنید
از گرمای بیش از حد موضعی و گرادیان دما باریک برای کاهش دامنه تنش حرارتی خودداری کنید.
⑤ برای شرایط کاری متناوب دمایی مکرر، مواد تیتانیوم{0} ریزدانه را انتخاب کنید
از طریق بهینه سازی درجه مواد، عملکرد ذاتی ضد خستگی-فلز پایه را بهبود بخشید.
5. جدول مقایسه اثر پیشگیری
表格
| حالت عملیات و نصب | خطر خستگی حرارتی | پیشنهاد کاربردی |
|---|---|---|
| تغییر ناگهانی دما + نصب ثابت کاملاً سفت و سخت | ترک خوردگی خستگی در چرخه های خدمات کوتاه | اضافه کردن جبران توسعه و تجدید نظر در روند عملیات بلافاصله |
| کنترل تدریجی دما + پشتیبانی انعطاف پذیر + تکمیل سطح | تا حد زیادی سرعت شروع و انتشار ترک را کاهش می دهد | مشخصات طراحی و عملیات استاندارد |
| پیکربندی درز انبساط + گرمایش همگن + تشخیص عیب معمولی | حداقل احتمال شکست خستگی حرارتی | طرح ترجیحی برای شروع مکرر متناوب-توقف تجهیزات گرمایش تیتانیوم |
نتیجه گیری
ترکهای خستگی حرارتی لولههای گرمایش تیتانیومی از تنشهای حرارتی متناوب چرخهای ناشی از افزایش و کاهش مکرر دما ایجاد میشوند که باعث ایجاد هستهبندی ترک خستگی و گسترش نفوذ میشود. ایده های اصلی پیشگیری عبارتند از کاهش دامنه جهش دما، حفظ فضای جبران انبساط حرارتی، حذف نقص تمرکز تنش سطحی و بهبود عملکرد ضد خستگی مواد. عملیات دقیق فرآیند و بهینهسازی ساختاری خط لوله میتواند به طور موثر از حوادث نشت ناگهانی ناشی از خستگی طولانیمدت چرخهای حرارتی لولههای گرمایش تیتانیومی جلوگیری کند.
