Як метод згинання (оправлення чи стиснення) титанового нагрівача U-трубки впливає на розподіл залишкової напруги на згині та, як наслідок, на його стійкість до розтріскування,-спричиненого хлоридом, у морському тепловому насосі?

Основний компроміс-методів згинання для морських титанових нагрівачів
Морські теплові насоси використовують нагрівачі з U-титанової U{0}}трубки, занурені в солону воду або розсіл. Область вигину U-трубки є місцем з найбільшою концентрацією напруги та найбільш чутливою до корозійного розтріскування під напругою (SCC), спричиненого хлоридом. Два загальні методи згинання призводять до різного розподілу залишкового напруження. Для згинання оправленням використовується внутрішня опора (оправка), щоб відслідковувати внутрішню частину труби під час згинання, що призводить до гладкої сталої товщини стінки та мінімального залишкового напруження. Згинання під тиском, також відоме як згинання циліндра, штовхає трубу навколо фіксованої матриці без будь-якої внутрішньої опори. Результатом є сплощений поперечний-переріз із високими залишковими деформаціями розтягування на зовнішньому радіусі, або extradosse. Ці залишкові штами в поєднанні з впливом хлоридів при підвищених температурах (50–70 градусів) можуть спричинити SCC. У цій презентації аналізуються два методи згинання та пояснюється, чому згинання на оправці є кращим для морських служб і як товщина стінки впливає на розподіл залишкової напруги.

Вплив на механічну цілісність: Залишкова напруга через вигин
Для згинання оправленням використовується внутрішня оправка, яка підтримує стінку труби під час формування, щоб запобігти ослабленню стінки та зберегти круглість. Деформація вигину рівномірна по поперечному перерізу труби. Після згинання оправки залишкові напруги, як правило, становлять близько 50–100 МПа (розтягуючі на екстрадосах і стискаючі на інтрадосах). Ці напруги нижчі за порогове значення для ініціювання SCC у титані в морській воді (приблизно 150-200 МПа). Зігнута область все ще демонструє стійкість до розтріскування, спричиненого хлоридом.

При згинанні стиском (без оправки) спостерігається значне потоншення зовнішньої стінки згину (зменшення стінки на 10–20%), вигин і, можливо, зморщування внутрішньої стінки. Залишкова напруга розтягування на екстрадосах може досягати 200-300 МПа, близько або вище межі текучості титану 2 класу (275 МПа). Залишкові напруги перевищують поріг SCC. Іони хлориду в солоній воді можуть призвести до тріщин на екстрадосах згину протягом 6-12 місяців при 60 градусах. Тріщини ростуть міжзеренно вздовж сильно напруженої області, що спричиняє вихід з ладу нагрівача.

Термічні характеристики. Витончення стінок і теплопередача
Компресійний згин призводить до локалізованого потоншення стінки на екстрадосах згину. Для номінальної стінки 1,2 мм товщина екстрадосів може бути зменшена до 0,9-1,0 мм шляхом згинання під тиском. Ця тонша частина трохи тепліша (на 1-2 градуси), ніж прямі секції за тієї самої щільності потужності, що може прискорити корозію. Вигин на оправці зберігає постійну товщину стінки в місці згину, зберігаючи теплову однорідність.

Синтез компромісу-: техніка згинання та товщина стінки
Метод вигину. Однорідність товщини стінки. Залишкова напруга при екстрадосах (МПа) Ризик SCC (морська вода, 60 градусів) Рекомендований термін служби товщини стінки (роки)
Стиснення (пам’ять)Не-рівномірне (витончення на 10-20%) 200-300 МПа Високе (розтріскування через 6-12 місяців)Будь-яке (без переваг)<2 years
Стиснення + зняття напруги відпал Не-рівномірний 80-120 МПа Низький (після відпалу) 1,5 мм (для протидії потоншенню) 5-8 років
Оправка (внутрішня опора) Однорідний (±5%) 50–100 МПа Немає (нижче порогу) 1,0–1,2 мм 10+ років
Оправка + електрополірування Дорівнює 40 – 80 МПа Немає 1,0 мм 15+ років
Оптимальне поєднання низького залишкового напруження та опору SCC досягається при згинанні оправки зі стінкою 1,0-1,2 мм. Для згинання під тиском у морській експлуатації не допускається відпал після згину, незалежно від товщини стінки.

Інженерний метод поза згином: відпал для зняття напруги
Якщо через виробничі обмеження потрібне згинання під тиском, відпал після згину для зняття напруги (520 градусів протягом 45 хвилин в атмосфері аргону) зменшує залишкову напругу на 60–80%. Відпалені під тиском-зігнуті U-труби мають залишкові напруги 80-120 МПа, що все ще вище, ніж при згинанні оправки, але нижче порогу SCC. Однак стінка стоншується під час згинання при стисненні, тому для гарантування адекватної товщини на додаткових частинах після стоншення (залишкова товщина=1.2–1,3 мм) слід використовувати більш товсту номінальну стінку (1,5 мм). Згинання під тиском + відпал + більш товста стінка може досягати 5-8 років служби морських теплових насосів, прийнятно, але не чудово.

Висновок: згинання оправки є кращим для морських умов для товщини стінки 1,0-1,2 мм.
Метод згинання нагрівача з титанової U-трубки в морському тепловому насосі, який піддається впливу солоної води при температурі 60 градусів, має важливе значення для розподілу залишкової напруги на згині та стійкості до розтріскування,-спричиненого хлоридом. Вигин на оправці (з внутрішньою опорою) забезпечує однорідну товщину стінки та низькі залишкові напруги (50–100 МПа) нижче порогу SCC, що дозволяє звичайній стінці 1,0–1,2 мм прослужити 10+ років. Вигин під тиском (без оправки) призводить до потоншення стінки та високих залишкових напружень (200–300 МПа) понад пороговий рівень SCC, викликаючи розтріскування протягом 6–12 місяців, незалежно від товщини стінки. Рекомендованим стандартом є титанова трубка класу 2 зігнута на оправці, товщина стінки від 1,0 до 1,2 мм, поверхня з електрополіруванням. Якщо потрібен згин під тиском, потрібен відпал після-зняття напруги та товща стінка (1,5 мм), щоб компенсувати потоншення, але очікуйте менший термін служби (5-8 років). Якщо ви замовляєте U-подібні нагрівачі для морських теплових насосів, вкажіть вигин оправки та вимагайте підтвердження вимірювання залишкової напруги (<100 MPa) in the bend region. Wall thickness is no substitute for good bending exercise.