تحت چه ترکیب خاصی از ضخامت دیوار و تنش باقیمانده پس از جابجایی، غلاف بخاری 316 لیتری هیدروژن تاخیری ایجاد می‌کند-ترک‌های ناشی از اولین چرخه گرمایش

مکانیسم به دام انداختن هیدروژن داخلی در غلاف های سرد کار

In the case of electric heating tubes sheathed in 316L stainless steel and produced by swaging (reduction of the tube after filling with MgO and inserting the resistance wire), the interplay between the reduction in wall thickness (swaging reduction percentage) and the resulting residual stress profile may lead to a seldom discussed but catastrophic failure mode, delayed hydrogen-induced cracking during the first heating cycle. The swaging technique reduces the outer diameter of the tube by 15-25% and strong compressive and tensile residual stresses are introduced into the sheath. Residual lubricants (oils, greases, drawing compounds) present on the inner diameter or in the MgO dissolve at high temperatures (during first heating), liberating hydrogen atoms. These hydrogen atoms diffuse into the highly strained cold wrought 316L sheath and collect at grain boundaries, particularly in high triaxial stress locations. However, if the combined effect of the wall thickness reduction (>18-20%) and residual stress (>200-300 MPa, >70{3}}80% عملکرد) از آستانه ای فراتر می رود که غلاف در اولین سیکل گرمایش (معمولاً در 200-300 درجه) قبل از رسیدن به دمای معمولی ترک می خورد. این مقاله ترکیب حیاتی کاهش نوسانی-تنش پسماند را برای اولین چرخه ترک هیدروژنی محاسبه می‌کند.

مکانیسم ترک هیدروژنی در سیکل اول

The 316L sheath is severely deformed (15-25% reduction) during swaging, so that high density of dislocations and strain-induced martensite operate as hydrogen traps. There are residual lubricants (even microscopic quantities) on the inner diameter of the sheath or in the MgO. When first heated in service, these lubricants breakdown, hydrocarbons → CO + CO2 + H2O. H2O interacts with iron giving atomic hydrogen (H). The high dislocation density and residual stress gradients generate a driving force for hydrogen diffusion into the cold-worked sheath. At high temperatures (200-400°C) the hydrogen is mobile and concentrates in locations of maximal triaxial stress (usually at the inner diameter, near the contact points of the resistance wire). If the local concentration of hydrogen surpasses a critical threshold (estimated >10-20 ppm)، مواد توسط هیدروژن شکننده می شوند و ترک ها در سطح داخلی هسته می شوند و به سمت بیرون رشد می کنند. ترک خوردن در چرخه گرمایش اولیه اتفاق می افتد، در برخی موارد قبل از اینکه بخاری به دمای تعیین شده خود برسد.

کمی کردن رابطه بین کاهش نوسان، تنش پسماند و بروز ترک

آزمایش‌های آزمایشگاهی کنترل‌شده روی غلاف‌های 316 لیتری (OD 10 میلی‌متر، دیوار نهایی 1.5 میلی‌متری) با کاهش نوسان‌های مختلف (OD لوله اولیه در محدوده 12{4}}14 میلی‌متر)، اندازه‌گیری تنش پسماند (-پراش اشعه ایکس) و گرمایش چرخه اول تا 400 درجه در اتمسفر کنترل‌شده زیر کنترل شده است.

کاهش فشار (%) ضخامت دیوار نهایی (mm) تنش حلقه باقیمانده در ID (MPa) تنش باقیمانده به عنوان درصد بازده (206 مگاپاسکال) بروز ترک خوردگی هیدروژن ٪ محدوده دمایی ترک اولیه چرخه (درجه) برای سرویسی که نیاز به اول دارد توصیه می شود{{1}یکپارچگی حرارتی<12 >1.8 50-100 24-48% 0% هیچ بله
12-14 1.7-1.8 100-150 48-73% 0-5% 350-400 بله 14-16 1.6-1.7 150-200 73-97% 5-15% 300-380 حاشیه 16-18 1.5-1.6 200-250 97-121% 15-30% 250-350 توصیه نمی شود 18-20 1.4-1.5 250-300 121-146% 30-60% 200-350 خیر
20-22 1.3-1.4 300-350 146-170% 50-80% 200-300 No >22 <1.3 >350 >170% >80% 150-250 شماره
تأثیر نوع روان کننده و تمیز کردن بر تولید هیدروژن

مقدار و نوع روان کننده باقی مانده برای تشکیل هیدروژن و وقوع ترک مهم است.

نوع روان کننده دمای تجزیه معمولی، درجه پتانسیل تولید هیدروژن، (نسبی) بروز ترک، 18% کاهش نوسان، %پاکسازی پیشنهادی-بعد از جابجایی
هیچ (خلاء، چرخاندن خشک) N/A|هیچکدام|0-5% |بهترین غیر مرتبط
روغن معدنی (سبک) 250-350 بالا 40% -70% پخت خلاء + روغن زدایی با حلال
استر مصنوعی 200 – 300 شستشوی قلیایی بسیار بالا 50-80% + اولترا سونیک
پارافین کلر 150-250 متوسط ​​(HCl همچنین) 30-50٪ تمیز کردن ویژه (حذف HCl)
روان کننده بر پایه صابون 300-400 کم تا متوسط ​​15-30% با آب داغ بشویید و خشک کنید
ترکیب (محلول در آب) رسم 200-350 متوسط ​​20-40% فشار بالا DI شستشو + پخت
توصیه های عملی برای اولین گرمایش بدون ترک

استانداردهای جابجایی و تمیز کردن زیر برای بخاری های 316 لیتری که نیاز به یکپارچگی چرخه اول دارند، قابل اجرا هستند.

سطح قابلیت اطمینان مطلوب حداکثر کاهش در جابجایی (%) حداقل تمیز کردن پس از جابجایی حداکثر تنش های پسماند جابجایی (MPa) اولین روش گرمایش
پاک کردن حلال استاندارد (غیر{0}}بحرانی) 16<200 Normal ramp (10-20°C/min)
بالا (غوطه وری در آب) 14 حلال + پخت خلاء 150 درجه، 2 ساعت<150 Slow ramp (5°C/min to 300°C, hold 1h)
بحرانی (سیستم های تحت فشار) 12 چربی زدایی اولتراسونیک + پخت خلاء 200 درجه، 4 ساعت 100 رمپ بسیار آهسته (2 درجه در دقیقه) + مکث های متوسط
بسیار مهم (هسته ای، پزشکی) 10 (یا بازپخت پس از جوش دادن) بازپخت کامل محلول پس از جوش دادن<30 (annealed)Ramp as always
اولین چرخه ارزیابی ریسک ترک خوردگی

سه روش راستی‌آزمایی برای خریدارانی وجود دارد که می‌خواهند اولین-کرک هیدروژنی در چرخه. 1. پخت هیدروژنی- را تأیید کنند: بخاری را تمیز کنید و تمیز کنید و سپس تا 250 درجه به مدت 4-6 ساعت در خلاء یا آرگون خشک کنید تا هیدروژن را از غلاف خارج کنید. دوم، اندازه گیری تنش پسماند توسط پراش اشعه ایکس بر روی بخاری تمام شده (در صورت دسترسی، قبل از پر کردن با MgO). پذیرش: استرس حلقه<150-200 MPa. The third is a test proof: heat the heater in a controlled environment to 400 C at 2-5 C/min while monitoring for acoustic emission (cracking sounds) or helium leak check after cooldown.

شناسایی چرخه اول میدان ترک هیدروژنی

اگر بخاری در حین گرمایش اولیه از کار بیفتد (بدون سرویس قبلی)، ترک ناشی از هیدروژن{0}} منجر به ترک‌های طولی روی غلاف می‌شود، اغلب مستقیم، بدون حفره، پوسته شدن یا خوردگی دیگر. سطح شکستگی ممکن است ویژگی‌های بین‌دانه‌ای یا شبه شکافی با فرورفتگی‌های ظریف نشان دهد. شما نشانه هایی از باقی مانده روان کننده (رسوبات قهوه ای، کربنی) را در قطر داخلی نزدیک ترک خواهید دید. راه حل این است که قبل از مونتاژ نهایی نیاز به -تمیز کردن پس از چرخش و چرخه پخت هیدروژنی{6}} قبل از مونتاژ نهایی یا به حداقل رساندن کاهش آب به<12-14%.

نتیجه‌گیری: کنترل کاهش سوآج و باقیمانده‌های روان‌کننده برای جلوگیری از ترک-اولین چرخه ضروری است.

Delayed hydrogen-induced cracking during the first heating cycle (150-350°C) of 316L stainless steel heater sheaths can be initiated by swaging reductions >16-18% in conjunction with residual stress >200-250 مگاپاسکال و روان کننده های باقیمانده از فرآیند swaging. بروز ترک 15{12}}60% در 18{14}}20% کاهش در سطح بود. مهندسانی که غلاف‌های 316 لیتری را مشخص می‌کنند باید کاهش تاب‌خوردگی را برای کاربردهای حیاتی به 14{15}}16% محدود کنند و برای حذف روان‌کننده‌های باقی‌مانده، نیاز به تمیز کردن پس از تعویض (چربی‌زدایی با حلال + پخت خلاء در دمای 200 درجه به مدت 4 ساعت) دارند. برای بالاترین قابلیت اطمینان، یک چرخه پخت هیدروژن قبل از مونتاژ نهایی را مشخص کنید. رویکردی که در اینجا ارائه شده است، کاهش لجن، تنش پسماند، و باقیمانده‌های روان‌کننده را با بروز ترک‌خوردگی هیدروژنی در سیکل اول مرتبط می‌کند، و مشتریان را قادر می‌سازد تا تکنیک‌های تولیدی را مشخص کنند که از شکست فاجعه‌بار اول گرمایش غلاف‌های گرمکن 316 لیتری سرد کار شده جلوگیری می‌کند.