در چه ترکیب خاصی از فرکانس چرخه حرارتی و دمای غلاف اوج آیا غلاف فولادی ضد زنگ 1.0 میلی‌متری 316 از طریق-ترک‌های دیوار ناشی از خستگی حرارتی در سرویس بخار متناوب ایجاد می‌شود؟ غلاف فولادی از طریق-ترک های دیوار ناشی از خستگی حرارتی در سرویس بخار متناوب ایجاد می شود؟

برای مهندسان کارخانه، بخاری های غوطه وری الکتریکی در سرویس بخار متناوب، مانند اتاقک های استریلیزاسیون، سیستم های تزریق بخار، و اتوکلاوها، به دلیل ترکیبی از تغییرات سریع دما و ضخامت دیواره نازک، خطر خستگی حرارتی خاصی دارند. برخلاف غلاف‌های دیواره‌ای ضخیم که در نهایت ترک‌های سطحی ایجاد می‌کنند، یک غلاف 1.0 میلی‌متری 316 می‌تواند در بخش کوچکی از چرخه‌ها از طریق شکاف‌های دیواره ایجاد شود زیرا فاصله کمی برای انتشار ترک وجود دارد. آنچه مهم است خود دما نیست، بلکه رابطه بین فرکانس چرخه ها، دمای پیک و نرخ گرمایش است. این کار ترکیبی از فرکانس چرخه حرارتی و حداکثر دمای غلاف را تعیین می‌کند که در آن یک غلاف 1.0 میلی‌متری 316 در 1000 سیکل ترک‌های دیواری ایجاد می‌کند{10}}که انتظار می‌رود عمر عادی برای بسیاری از کاربردهای بخار متناوب باشد.

ایجاد و رشد ترک ناشی از خستگی حرارتی در غلاف‌های دیواره نازک-
به عنوان مثال، حرارت دادن سریع غلاف 316 به دمای بخار از محیط، منجر به انبساط سطح بیرونی بیشتر از سطح داخلی می شود و بنابراین منجر به تنش کششی در دیواره داخلی می شود. تحت سرد شدن سریع، کشش معکوس می شود. برای اختلاف دما بزرگتر از حد الاستیک ماده، هر چرخه منجر به افزایش کرنش پلاستیک در سطح داخلی می شود. اختلاف دمای بحرانی در سراسر دیوار برای تسلیم یک دیوار 1.0 میلی متری حدود 150 درجه است. در سرویس بخار، با ضریب انتقال حرارت 5000 تا 10000 W/m2K، اختلاف دما در یک دیوار 1.0 میلی‌متری در چرخه 20 درجه تا 150 درجه فقط 5 تا 10 درجه است که به میزان قابل‌توجهی کمتر از آستانه تسلیم است. اما با بخار خشک{19}}یا در سرویس بخار فوق گرم، ضریب انتقال حرارت به شدت کاهش می‌یابد و گرادیان دما افزایش می‌یابد. برای یک دیوار 1.0 میلی متری، اختلاف دما می تواند 50 تا 80 درجه در دمای اوج غلاف بیش از 300 درجه در هوا یا بخار با کیفیت پایین باشد، هنوز هم زیر حد 150 درجه. خطر واقعی دیوارهای 1.0 میلی متری ناشی از گرمایش یکنواخت نیست، بلکه ناشی از لکه های داغ موضعی ناشی از رسوبات، سایه های جریان یا تراکم وات نابرابر است. نقطه داغ محلی با قطر 5-10 میلی متر می تواند باعث اختلاف دمای 200-300 درجه از طریق دیوار و شروع سریع ترک شود.

آستانه های بحرانی برای-شکستگی دیوار در غلاف 1.0 میلی متری
آزمایش خستگی حرارتی کنترل‌شده نمونه‌های غلاف 1.0 میلی‌متری 316 با نقاط داغ القایی (شبیه‌سازی رسوب‌های مقیاس) برای تعیین تعداد چرخه‌های خاص تا{2}}ترک‌های دیواره در دماهای اوج مختلف و فرکانس‌های چرخه مورد استفاده قرار گرفت.

حداکثر تفاوت دمای غلاف در هر چرخه چرخه تا ترک چرخه های شروع به پایان-ترک دیوار (1.0 میلی متر) نرخ گرمایش تا پایان-ترک دیوار در 1000 چرخه
200 درجه 170 درجه (30 درجه - 200 درجه ) 8,000 - 12,000 10,000 - 15,000 قابل دستیابی در زیر 1000 چرخه
250 درجه 220 درجه (30 درجه -250 درجه )3000 - 5،000 4،000 - 7000 امکان پذیر نیست < 1000 چرخه
300 درجه 270 درجه (30 درجه تا 300 درجه ) 1200 – 2,000 1,500 – 2,500 زیر 1000 سیکل امکان پذیر نیست
350 درجه 320 درجه (30 درجه تا 350 درجه ) 500 - 800 700 - 1،200 50 - 100 درجه / ثانیه 400 درجه 370 درجه (30 درجه تا 400 درجه ) 200 - 400 300 - 600 30 - 40 درجه سانتیگراد تا 50 درجه درجه ) 80 - 150 120 - 250 15 - 30 درجه / ثانیه 500 درجه 470 درجه (30 درجه تا 500 درجه) 30 - 60 50 - 100 8 - 15 درجه در ثانیه
برای استفاده از بخار تمیز در دمای 150 درجه، خستگی حرارتی برای غلاف 1.0 میلی متری 316 صرف نظر از فرکانس چرخه ها مشکلی ندارد. اختلاف دما در سراسر دیوار برای ایجاد کرنش پلاستیک کافی نیست. این خطر در دمای اوج بالای 350 درجه معمولی در شرایط بخار فوق گرم یا خشک{6} قابل توجه است. با سرعت 20 درجه در ثانیه، بخاری که خشک می‌شود و به دمای 450 درجه می‌رسد، می‌تواند در 200 چرخه{10}از طریق دیوار ترک ایجاد کند.

پاکت عملیاتی ایمن غلاف 1.0 میلی متری در سرویس بخار متناوب.
از معیار 5000 چرخه بدون ترک-دیوار استفاده می‌شود، که معادل طول عمر عادی 5 تا 10 سال برای عملیات دوچرخه‌سواری روزانه است. پاکت عملکرد ایمن برای یک غلاف 1.0 میلی متری 316 در سرویس بخار متناوب در جدول زیر تعریف شده است.

حداکثر دمای غلاف حداکثر نرخ گرمایش ایمن (درجه / ثانیه) حداکثر چرخه های ایمن در روز چرخه های مورد انتظار تا پایان-ترک دیوار در شرایط ایمن اقدام توصیه شده بالاتر از حد مجاز حداکثر تا 200 درجه هر بالاتر از 10،{3}} - 50 /50 درجه سانتی گراد 10 8,000 – 12,000 قابل قبول 250 – 300 درجه 30 درجه /ثانیه 5 6},000 – 10,000 مانیتور برای مقیاس‌بندی 300 – 350 درجه و 15 درجه / ثانیه 2 5,۰۰۰ – 4 – 8,00 – 8,000 درجه 30 درجه حرارت مجدد درجه / ثانیه 1 4,000 – 6,000 316 حاشیه ای; Incoloy 400 – 450 درجه 4 درجه / ثانیه 0.5 3،000 – 5000 ارتقا به Incoloy 800H بالاتر از 450 درجه توصیه نمی شود توصیه نمی شود کمتر از 3000 استفاده از آلیاژ پایه نیکل
برای اتوکلاو استریلیزاسیون که از بخار محیطی تا بخار 140 درجه دو بار در ساعت (16 سیکل در روز) کار می کند، حداکثر دمای غلاف بسیار کمتر از 200 درجه است و خستگی حرارتی بدون در نظر گرفتن میزان گرمایش مشکلی ندارد. غلاف 1.0 میلی متری حداقل برای سوپرهیتری است که بخار را تا 400 درجه با 4 سیکل در روز و سرعت گرمایش 10 درجه در ثانیه گرم می کند. کاهش نرخ گرمایش به 5 درجه در ثانیه، یا رفتن به ضخامت دیواره 1.6 میلی متر، عمر خستگی معقولی را به ارمغان می آورد.

تغییرات طراحی برای جلوگیری از خستگی حرارتی غلاف‌های دیواره نازک-
سه تغییر طراحی می‌تواند از-ترک‌خوردگی دیوار در زمانی که غلاف 316 با ضخامت 1.0- میلی‌متر-بایستی در دمای اوج در استفاده متناوب بیش از 350 درجه کار کند، جلوگیری می‌کند. اولین مورد، کاهش سرعت گرمایش با استفاده از یک کنترلر متناسب به جای ترموستات خاموش{12} است. با کاهش سرعت شیب از 20 درجه در ثانیه به 5 درجه در ثانیه و عمر خستگی به نسبت 3{17}}5 افزایش می یابد، گرادیان دما حدود 60٪ کاهش می یابد. تغییر دوم جلوگیری از خشک شدن{36}}وضعیت در غلاف است. اگر کیفیت بخار به زیر 95% برسد (حسگر سطح) یک اینترلاک با کنترل بخاری کار را متوقف می کند. سومین تغییر، نیاز به یک سطح غلاف بدون ضربه یا کاهش استرس است. شات پینینگ یا بازپخت پس از جوشکاری منجر به تنش‌های پسماند فشاری می‌شود که می‌تواند با خنثی کردن تنش‌های کششی که باعث انتشار ترک می‌شود، شروع شکست را بین ۲ تا ۳ به تاخیر بیاندازد. اگر دما بالاتر از 350 درجه باشد، مهندسان باید ضخامت دیوار را به 1.6-2.0 میلی متر افزایش دهند یا به Incoloy 800H ارتقا دهند. تفاوت هزینه در مقایسه با خطر شکست غیرمنتظره ناشی از ترک در یک سیستم بخار تحت فشار ناچیز است. هنگام تعیین بخاری برای سرویس بخار متناوب، همیشه دمای تخمینی اوج غلاف، نرخ گرمایش و فرکانس چرخه ها را ذکر کنید. ارائه نکردن راهنمایی مهندسی کامل کاری است که سازنده انجام می دهد وقتی که 1.0 میلی متر 316 را برای بخار فوق گرم 400 درجه بدون توجه به محدودیت های خستگی حرارتی توصیه می کند. یک ترک غلاف 1.0 میلی متری از طریق دیواره با حداقل هشدار ایجاد می شود، پس از ایجاد شکستگی، در بخش کوچکی از چرخه های شروع در دیواره باقی مانده منتشر می شود. مشخصات صحیح داروی پیشگیرانه بسیار بهتر از بازرسی یا پیش بینی است.