در سرویس فشار چرخه ای (به عنوان مثال، اتوکلاوها، راکتورهای تحت فشار، حلقه های انبساط حرارتی)، درپوش انتهایی بخاری PFA ضعیف ترین نقطه است. درپوش انتهایی باز شده-که با گرم کردن و کشش لوله در یک گنبد بدون درز ایجاد میشود-در 5000-20000 چرخه فشار زنده میماند. یک درپوش حرارتی جوش داده شده (دیسک جداگانه که به لوله ذوب شده است) در 500-2000 سیکل از کار می افتد. درپوش گشاد شده هیچ خط جوشی ندارد، که تمرکز تنش، تنش باقیمانده و مواد اکسید شده را که باعث آفت اتصالات جوش شده می شود را از بین می برد. علاوه بر این، شعله ور شدن زنجیره های پلیمری را در امتداد گنبد هدایت می کند و کریستالی بودن و مقاومت در برابر ترک را افزایش می دهد. مزیت عمر خستگی 5 تا 10× برای گشاد شدن روی جوش داده شده است. برای هر بخاری که در طول عمر خود تحت بیش از 1000 چرخه فشار قرار می گیرد، درپوش انتهایی گشاد شده را مشخص کنید.
نقاط ضعف خط جوش
یک کلاهک انتهایی جوش داده شده دو قطعه را به هم متصل می کند: یک لوله اکسترود شده (با کریستالینی بالا) و یک دیسک قالب گیری شده (ایزوتروپیک، کریستالینیت پایین). رابط جوش سه عیب دارد:
تمرکز استرس: خط جوش مانند یک بریدگی با Kt=3–5 عمل می کند.
استرس پسماند: خنک کننده دیفرانسیل باعث ایجاد کشش منجمد- (5 تا 15 مگاپاسکال) در محل جوش می شود.
مواد اکسید شده: جوشکاری در دمای 320-350 درجه در هوا باعث تخریب پلیمر در سطح مشترک می شود (گروه های کربونیل، وزن مولکولی کمتر).
تحت فشار چرخه ای، هر چرخه خط جوش را کمی باز می کند. ترک در یک نقطه اکسید شده یا خالی پس از 500 تا 2000 چرخه شروع می شود. ترک از طریق خط جوش منتشر می شود، نه از طریق مواد پایه.
مکانیک کلاهک گشاد شده
درپوش انتهایی گشاد شده از همان لوله تشکیل می شود. سنبه گرم شده (250-280 درجه) انتهای لوله را به صورت گنبدی کشیده است. این ماده به طور یکنواخت نازک می شود (به 60-80٪ ضخامت اصلی) اما پیوسته باقی می ماند. بدون خط جوش، بدون رابط. گنبد دارای ساختار زنجیرهای جهتدار (مورفولوژی شیش{8}}کباب) با بلورینگی 55-65٪ - بالاتر از لوله پایه (45-50٪) است. زنجیره های جهت دار در برابر انتشار ترک مقاومت می کنند زیرا در امتداد خطوط تنش قرار دارند. فرآیند شعله ور شدن همچنین تنش باقیمانده ناشی از اکستروژن را کاهش می دهد و گنبد را تحت فشار قرار می دهد (برای خستگی خوب است).
مقایسه عمر چرخه فشار (25 میلی متر OD، دیوار 2 میلی متر، چرخه فشار 0-10 بار در 25 درجه)
| نوع کلاهک انتهایی | روش ساخت | ارائه جوش | چرخه تا اولین کرک | چرخه های نشت | حالت شکست | زندگی نسبی |
|---|---|---|---|---|---|---|
| جوش داده شده (دستی) | جوشکاری صفحه داغ | بله | 200–400 | 400–800 | ترک در امتداد جوش | 1.0x |
| جوش داده شده (خودکار، اتمسفر N2) | جوشکاری خودکار | بله | 500–800 | 800–1,500 | ترک در امتداد جوش | 1.5–2.0x |
| جوش داده شده با پست-پخت (200 درجه، 4 ساعت) | خودکار + آنیل | بله | 800–1,200 | 1,200–2,000 | ترک در مجاورت جوش | 2.5–3.0x |
| شعله ور (دستی، دستی-شکل شده) | سنبه گرم شده | خیر | 2,000–4,000 | 5,000–8,000 | خستگی در شعاع انتقال | 8–12x |
| فلید (پرس هیدرولیک، کنترل شده) | شکل دهی دقیق | خیر | 5,000–8,000 | 10,000–15,000 | خستگی در مرحله گذار | 15–25x |
| شعله ور + آنیل (200 درجه، 4 ساعت) | دقت + آنیل | خیر | 8,000–12,000 | 15,000–25,000 | هیچکدام - خستگی زیاد | 25–40x |
| کلاهک یکپارچه قالب گیری فشرده (تک تکه) | قالب گیری شده از پودر | خیر | 4,000–6,000 | 8,000–12,000 | خطوط جریان در قسمت قالب گیری شده | 12–20x |
چرا کلاه های گشاد شده بهتر عمل می کنند؟
برتری کلاهک های گشاد شده از سه عامل ناشی می شود:
بدون خط جوش: محل شروع شکست غالب به طور کامل حذف می شود.
جهت گیری زنجیره ای: بلورینگی گنبد 10 تا 15 درصد افزایش می یابد و مقاومت در برابر خستگی را افزایش می دهد.
تنش پسماند فشاری: فرآیند شکل دهی سطح بیرونی را تحت فشار قرار می دهد (تنش منفی) که به جای باز کردن ریزترک ها، آنها را می بندد.
در کلاهک های جوشی، خط جوش در کشش است (تنش پسماند مثبت). ترکی که یک بار شروع شد به راحتی منتشر می شود.
بازرسی بصری برای کیفیت
برای درپوش گشاد شده، موارد زیر را بررسی کنید:
ضخامت یکنواخت(بدون لکه های نازک). از گیج اولتراسونیک استفاده کنید. ضخامت در راس باید 50 تا 80 درصد دیواره لوله باشد.
انتقال صاف(شعاع در لوله-به-محل اتصال گنبدی > 3 میلی متر). انتقال های شدید استرس را متمرکز می کند.
بدون تغییر رنگ(زرد شدن نشان دهنده گرم شدن بیش از حد در هنگام شعله ور شدن است).
برای کلاهک جوش داده شده، موارد زیر را بررسی کنید:
خط جوش قابل مشاهده(حلقه) اگر می توانید آن را ببینید، سایت شروع کرک است.
سوراخ یا حبابدر ناحیه جوش
رنگ زرد/قهوه ای(اکسیداسیون).
مثال میدانی
یک تولیدکننده اتوکلاو از درپوشهای انتهایی جوش داده شده در بخاریهای PFA برای هاضمهای{0} فشار بالا (10 بار، 1000 سیکل در سال) استفاده کرد. میزان شکست جوش 15 درصد در عرض 2 سال بود. آنها به کلاهک های انتهایی گشاد شده (پرس هیدرولیک تشکیل شد). نرخ شکست به کاهش یافت<1% over 5 years. The flared cap added 10tomanufacturingcost(10tomanufacturingcost(200 vs. $190) – a negligible premium for the reliability improvement. The manufacturer now uses flared caps as standard on all pressure-rated heaters.
زمانی که کلاهک های جوش داده شده قابل قبول هستند
کلاهک های جوش داده شده برای موارد زیر قابل قبول هستند:
خدمات فشار کم-<3 bar)
سرویس غیر چرخهای (فقط فشار استاتیک)
سرویس دمای پایین-<80°C) where creep is minimal
بخاری های یکبار مصرف یا کوتاه{0}}
For any heater with >1,000 pressure cycles or >فشار کاری 5 بار، شعله ور را مشخص کنید.
نتیجهگیری: کلاهکهای گشاد شده در 5،{1}} چرخه، شکست جوششده در 800 مقاومت میکنند
یک بخاری PFA با درپوش انتهایی گشاد شده از 5000 تا 15000 سیکل فشار دوام می آورد، در حالی که یک درپوش جوشی در 500 تا 2000 سیکل از کار می افتد - یک مزیت 5-10×. کلاهک گشاد شده فاقد خط جوش، بلورینگی بالاتر و تنش پسماند فشاری است. کلاهک جوش داده شده دارای یک خط جوش متمرکز{10}با کشش باقیمانده و مواد اکسید شده است. برای سرویس فشار سیکلی، flared را مشخص کنید. برای سرویس استاتیک یا فشار کم، ممکن است جوش کافی باشد. چرخه های فشار، کلاهک های جوش داده شده را به آرامی از بین می برند. کلاه های گشاد شده آنها را نادیده می گیرند. در عمر چرخه{17}بالا، فلر کرایه است. جوش ضعیف است. شعله ور شدن را انتخاب کنید.
