چگونه روش خمش (ماندرل در مقابل تراکم) یک بخاری تیتانیوم U- بر توزیع تنش باقیمانده در خم و متعاقباً مقاومت آن در برابر کلرید-ترک القا شده در پمپ حرارتی دریایی تأثیر می‌گذارد؟

مبادله اولیه-روش‌های خمشی برای هیترهای تیتانیوم دریایی
پمپ‌های حرارتی دریایی از بخاری‌های تیتانیومی{0}}تیوبی غوطه‌ور در آب شور یا آب نمک استفاده می‌کنند. ناحیه خمشی لوله U{2}}مکانی با بیشترین تنش متمرکز و حساس‌ترین منطقه به ترک خوردگی ناشی از فشار ناشی از کلرید (SCC) است. دو روش متداول خمش منجر به توزیع متفاوت تنش پسماند می شود. خمش سنبه از یک تکیه گاه داخلی (ماندرل) برای ردیابی فضای داخلی لوله در حین خمش استفاده می کند که منجر به ضخامت دیواره صاف و ثابت و حداقل تنش پسماند می شود. خمش فشاری، همچنین به عنوان خمش قوچ شناخته می شود، لوله را بدون هیچ گونه پشتیبانی داخلی به اطراف یک قالب ثابت فشار می دهد. نتیجه یک مقطع مسطح-با کرنش‌های کششی باقیمانده بالا در شعاع بیرونی یا اکسترادوز است. این سویه‌های باقی‌مانده، همراه با قرار گرفتن در معرض کلرید در دماهای بالا (50 تا 70 درجه)، می‌توانند باعث SCC شوند. این ارائه دو روش خمشی را تحلیل می‌کند و توضیح می‌دهد که چرا خمش سنبه برای خدمات دریایی ترجیح داده می‌شود و چگونه ضخامت دیوار بر توزیع تنش پسماند تأثیر می‌گذارد.

تاثیر بر یکپارچگی مکانیکی: تنش پسماند ناشی از خمش
خمش سنبه از یک سنبه داخلی استفاده می کند که دیواره لوله را در حین شکل گیری پشتیبانی می کند تا از ضعیف شدن دیواره جلوگیری کند و دایره ای بودن آن را حفظ کند. کرنش خمشی در طول مقطع لوله یکنواخت است. پس از خمش سنبه، تنش‌های پسماند معمولاً در مرتبه 50 تا 100 مگاپاسکال هستند (کششی بر روی اکستردوها و فشاری در داخل دوزها). این تنش ها زیر آستانه شروع SCC در تیتانیوم در آب دریا هستند (حدود 150-200 مگاپاسکال). ناحیه خم شده همچنان در برابر ترک خوردگی ناشی از کلرید مقاومت نشان می دهد.

در خمش فشاری (بدون سنبه) نازک شدن قابل توجهی در دیواره خارجی خم (10-20٪ کاهش دیواره)، کمانش و شاید چروک شدن دیواره داخلی وجود دارد. تنش کششی باقیمانده بر روی مواد اضافی می تواند به 200-300 مگاپاسکال برسد، نزدیک یا فراتر از استحکام تسلیم تیتانیوم درجه 2 (275 مگاپاسکال). تنش های پسماند بیش از آستانه SCC هستند. یون‌های کلرید در آب شور می‌توانند در عرض 60 درجه در مدت 6-12 ماه منجر به ایجاد ترک در خم‌های اضافی شوند. ترک ها به صورت بین دانه ای در امتداد ناحیه به شدت تحت فشار رشد می کنند که باعث خرابی بخاری می شود.

عملکرد حرارتی ضربه نازک کردن دیوار و انتقال حرارت
خمش فشاری منجر به نازک شدن موضعی دیوار در خم های اضافی می شود. برای یک دیوار اسمی 1.2 میلی متر، ضخامت اضافی ممکن است با خمش فشاری به 0.9-1.0 میلی متر کاهش یابد. این بخش نازکتر کمی گرمتر (1-2 درجه) نسبت به بخشهای مستقیم برای چگالی توان یکسان است که می تواند خوردگی را تسریع کند. خمش سنبه ضخامت دیواره ثابت را در خم حفظ می کند و همگنی حرارتی را حفظ می کند.

سنتز تجارت{0}}خاموش: تکنیک خمش و ضخامت دیوار
روش خمشی ضخامت دیوار یکنواختی تنش باقیمانده در Extrados (MPa) خطر SCC (آب دریا، 60 درجه) ضخامت دیوار توصیه شده عمر سرویس (سال)
فشرده سازی (حافظه) غیر یکنواخت (10-20٪ نازک شدن) 200-300 MPa بالا (ترک خوردن در 6-12 ماه) هر گونه (بدون فایده)<2 years
بازپخت فشاری + تنش زدایی غیر-یکنواخت 80-120 МПа کم (پس از بازپخت) 1.5 میلی متر (برای مقابله با نازک شدن) 5-8 سال
سنبه (پشتیبانی داخلی) یکنواخت (5±%) 50 - 100 مگاپاسکال هیچکدام (زیر آستانه) 1.0-1.2 میلی متر 10+ سال
سنبه + الکترو پولیش برابر 40 – 80 MpaNone 1.0 میلی متر 15+ سال
ترکیب بهینه تنش پسماند کم و مقاومت SCC با خم شدن سنبه با دیواره 1.0-1.2 میلی متری به دست می آید. برای خمش فشاری در خدمات دریایی، بدون در نظر گرفتن ضخامت دیواره، هیچ بازپخت پس از خمش مجاز نیست.

مهندسی فراتر از روش خمش: بازپخت تسکین استرس
در مواردی که به دلیل محدودیت‌های تولید، خمش فشاری مورد نیاز است، بازپخت تنش‌زدایی پس از خمشی (520 درجه برای 45 دقیقه در اتمسفر آرگون) تنش‌های پسماند را 60 تا 80 درصد کاهش می‌دهد. لوله‌های فشاری بازپخت شده-خم‌شده U- دارای تنش‌های پسماند 80 تا 120 مگاپاسکال هستند که هنوز بیشتر از خمش سنبه است، اما زیر آستانه SCC. با این حال، دیوار با خمش فشاری نازک می‌شود، بنابراین باید از یک دیوار اسمی ضخیم‌تر (1.5 میلی‌متر) برای تضمین ضخامت کافی در قسمت‌های اضافی پس از نازک شدن استفاده شود (ضخامت باقی‌مانده=1.2-1.3 میلی‌متر). خمش فشرده + آنیل + دیوار ضخیم تر می تواند به 5-8 سال خدمات در پمپ های حرارتی دریایی برسد، قابل قبول است اما عالی نیست.

نتیجه گیری: خمش سنبه برای خدمات دریایی برای ضخامت دیواره 1.0-1.2 میلی متر ترجیح داده می شود.
روش خم کردن بخاری تیتانیومی-در پمپ حرارتی دریایی در معرض آب شور در دمای 60 درجه برای توزیع تنش پسماند در خم و مقاومت در برابر ترک ناشی از کلرید- ضروری است. خمش سنبه (با یک تکیه گاه داخلی) ضخامت دیواره همگن و تنش های پسماند کم (50-100 مگاپاسکال) زیر آستانه SCC را فراهم می کند و دیوار معمولی 1.0-1.2 میلی متری را قادر می سازد 10+ سال خدمات ارائه دهد. خمش فشاری (بدون سنبه) منجر به نازک شدن دیوار و تنش‌های پسماند بالا (200-300 مگاپاسکال) بیش از آستانه SCC می‌شود که بدون در نظر گرفتن ضخامت دیواره، در عرض 6 تا 12 ماه باعث ایجاد ترک می‌شود. استاندارد توصیه شده، لوله تیتانیوم درجه 2 خم شده با سنبه، ضخامت دیواره 1.0 تا 1.2 میلی متر، روکش سطح الکتروپولیش شده است. اگر خمش فشاری ضروری است، برای جبران نازک شدن، نیاز به بازپخت{19}}خمشی کاهش تنش و دیواره ضخیم‌تر (1.5 میلی‌متر) دارید، اما انتظار می‌رود عمر مفید کمتری داشته باشید (5{23}}8 سال). اگر بخاری های لوله U را برای پمپ های حرارتی دریایی سفارش می دهید، خمش سنبه را مشخص کنید و به اثبات اندازه گیری تنش پسماند نیاز دارید (<100 MPa) in the bend region. Wall thickness is no substitute for good bending exercise.