Jaký vliv má oválnost trubice (0,5 % vs

Oválnost trubky po ohybu - variace od zcela kruhového průřezu- – koncentruje tepelný tok ve vrcholu ohybu. Vyšší oválnost (2 % oproti 0,5 %) způsobuje 10–25 % zvýšení lokálního tepelného toku v důsledku menší tloušťky stěny na vnějším poloměru. Vyšší tepelný tok zvyšuje místní teplotu o 10–25 stupňů, a tím zvyšuje praskání tepelnou únavou. Ovalita 0,5 % je přijatelná pro většinu aplikací. Ovalita 2 % zkracuje inkubační dobu pro praskání tepelnou únavou o 50-70 %. Vrchol ohybu je nejzranitelnější oblastí, protože má nejvyšší oválnost a největší zbytkové napětí z ohybu.

Mechanismus koncentrace tepelného toku vyvolaného oválností

Když se trubka ohne, stěna se ztenčí na vnějším poloměru (extrados) a zesílí na vnitřním poloměru (intrados). Lokální tloušťku stěny ve vrcholu ohybu lze vypočítat jako t_apex=t_nominal x (1-0,5xovalitiy). Pro nominální stěnu 1,5 mm s oválností 2 % je minimální tloušťka stěny ve vrcholu 1,38–1,41 mm. Lokální tepelný tok je nepřímo úměrný tloušťce stěny: qapex/ qnominální=tnominal / tapex. Místní nárůst teploty je ∆Tapex=qapextapex/k. Kombinovaný dopad menší tloušťky a vyššího toku vytváří horké místo blízko vrcholu křivky.

Kvantitativní tepelný tok, nárůst teploty a ovalita

Následující vztahy byly stanoveny pro trubku o vnějším průměru 20 mm se jmenovitou stěnou 1,5 mm a poloměrem ohybu 5D při jmenovitém tepelném toku 20 W/cm². Pro 0% oválnost (ideální trubka) je minimální stěna ve vrcholu ohybu 1,50 mm, lokální nárůst tepelného toku je 0% a nárůst teploty ve vrcholu vzhledem k přímému úseku je 0 stupňů. Ovalita je 0,5 %, minimální stěna je 1,47–1,49 mm, nárůst tepelného toku je 2–5 % a nárůst teploty je 2–5 stupňů. Pro oválnost 1,0 %, minimální stěnu 1,44–1,47 mm, nárůst 5–10 %, nárůst teploty 5–10 stupňů . 1.5 % minimální oválnost stěny je 1,41-1,44 mm, nárůst je 10-15 % a nárůst teploty je 10-15 stupňů . Při 2,0% oválnosti je minimální stěna 1,38-1,41 mm Nárůst je 15-25% Nárůst teploty je 15-25 stupňů. Při ovalitě 3,0 % je minimální stěna 1,32-1,36 mm, nárůst je 25-40 %, nárůst teploty je 25-40 stupňů.

Závislost na ovalitě inkubační doby tepelné únavy

Cyklické testování s teplotním kolísáním o 100 stupňů (50 stupňů až 150 stupňů) během 10 000 cyklů ukázalo, že u titanu stupně 2 začínají praskat následující cykly: Pro ovalitu 0,5 % je počet cyklů k iniciaci praskliny 8 000–12 000 a relativní snížení doby inkubace je 0 % inkubace Ovalita je 1,0 %. Cykly jsou 5 000-8 000. Snížení je 30–40 %. 3 000–5 000 cyklů při 1,5 % ovalitě a 50–60 % snížení. 2.0 % ovality, 2 000–3 500 cyklů, 65–70 % snížení. Cykly 1 000–2, 000. 3.0 % ovality. Snížení 80–85 %

Pokyny pro metodu ohýbání a kontrolu ovality

Níže uvedená tabulka ukazuje maximální přípustnou oválnost pro titanové ohřívače pláště pro očekávané tepelné cykly a doporučenou metodu ohýbání.

Maximální přípustná ovalita (%) Očekávané tepelné cykly během životnosti Doporučená metoda ohýbání Očekávané cykly do iniciace trhlin<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 (extrémní cyklus)<0.5 Rotary draw + mandrel >12,000
Engineering Beyond Voidity Control

Kvalita titanu ovlivňuje odolnost proti tepelné únavě. Stupeň 7 vykazuje srovnatelnou citlivost na oválnost, ale vyšší vnitřní únavovou pevnost, což vede ke zvýšení o 20-}30 % v cyklech k iniciaci trhlin při stejné oválnosti. Stupeň 12 je středně pokročilé vylepšení. Tloušťka stěny mění nominální nárůst teploty. Silnější stěna (2,0 mm) má větší základní čáru ΔT, ale relativní nárůst v důsledku ovality je menší. Poloměr ohybu také ovlivňuje ovalitu, větší poloměr ohybu (10D) bude mít menší ovalitu než těsný ohyb (3D). Žíhání pro uvolnění napětí po ohybu při 540 stupních po dobu 30 minut snižuje zbytkové napětí, ale nekoriguje oválnost

Psaní specifikace Rational

3. Specify a maximum ovality of 1.0% for a titanium sheath heater with a bent section that will be subjected to more than 5,000 thermal cycles. This ovality has to be bent on a mandrel with internal support. Using a set of calipers or an optical comparator, measure the ovality at the bend apex at four angles. For high cycle applications (>20 000 cyklů) poskytuje 0,5% oválnost a rotační ohýbání. U stávajících ohřívačů s oválností větší než 1,5 % snižte tepelný tok o 20 %, abyste opravili horké místo nebo vytvořte rozvaděč tepla. Homogenní distribuce tepelného toku a prodloužená tepelná únavová životnost na vrcholu ohybu je dosažena s kontrolou oválnosti < 1,0 %.