Kuidas täiendavalt valmistatud roostevabast terasest duplekstorud saavutavad optimeeritud seinapaksuse profiilid?
Jäta sõnum
Halvima-juhtumi pingepunkti kohaselt tõmmatakse soojusvaheti toru tavaliselt otsast lõpuni sama paksusega seina. Selle piirangu kõrvaldab lisatootmine, mis võimaldab trükkida kahepoolset roostevabast terasest toru, millel on paksem sein torulehe lähedal, kus pinged on koondunud, ja õhukese seinaga keskel, kus on oluline ainult rõhu piiramine, mis pigistab välja iga viimasegi termilise jõudluse. Avamereplatvormide, keemiatehaste ja kosmoserakenduste jaoks mõeldud väikeste ja suure tõhususega -soojusvahetite disain muutub tänu võimalusele reguleerida seina paksust kogu toru pikkuse ulatuses.
Traditsiooniline piirang: ühtlane seinapaksus kogu ulatuses
Traditsioonilised dupleksroostevabast terasest torud (nagu 2205 ja 2507) on valmistatud valtsimise, tõmbamise või ekstrusiooni teel. Nende protseduuride tulemuseks on torud, mille seinad on kogu ulatuses sama paksusega. Seina paksuse määramiseks kasutatakse maksimaalse pinge asukohta-tavaliselt toru otstes, kus toru rullitakse või torulehe sisse keevitatakse või kus paindepinged on kõige tugevamad{5}}. Toru keskosa on seega üle-konstrueeritud puhta rõhu hoidmiseks. Üleliigne metall suurendab kaalu, kulusid ja soojustakistust. Ühtlaselt paks toru vähendab efektiivsust, kuna soojusülekanne läbi toru seina on pöördvõrdeline paksusega (antud materjali ja vedeliku tingimuste puhul).
Muutuva seina paksusega profiilid: lisaainete valmistamise lahendus
Laserpulberkihi sulatamist (LPBF) kasutatakse lisaainete tootmises, et luua optimaalne kujundus kahepoolsetele roostevabast terasest torudele. Suure võimsusega laseriga sulatatakse kiht kihi haaval peent roostevabast terasest pulbrit (nt UNS S31803 või S32750). Protseduur põhineb kolme-arvutipõhisel-disaini (CAD) mudelil, mis määrab toru siseläbimõõdu, välisläbimõõdu ja telje variatsioonid. Erinevalt traditsioonilistest tehnikatest saab seina paksust pidevalt muuta.
Levinud optimeerimistehnikad hõlmavad järgmist:
Paksemad otsad: rohkem metallikihte kantakse toru esimesele 50–100 mm mõlema otsa lähedale, kus see puutub kokku torulehega, suurendades seina paksust. See tugevdatud tsoon juhib veeremisest, paisumisest, vibratsioonist ja paindemomentidest tulenevaid suuri kohalikke pingeid.
Õhem keskosa: minimaalne paksus, mis on vajalik surve kavandamise koodi (nagu ASME VIII jaotis, osa 1 või 2) järgimiseks, on trükitud keskmisele alale, mis kannatab ainult siserõhu tõttu rõngaspinge. Võrreldes samast materjalist ja surveklassiga traditsioonilise tõmmatud toruga on see keskkoht mõnikord 30–50% õhem.
Järkjärguline üleminek: pinge kiire koondumise vältimiseks vähendatakse seina paksuse muutust lühikese vahemaa jooksul (nt 20–30 mm).
Lõpptoode on funktsionaalselt sorteeritud komponent, mille metall on hoolikalt paigutatud kohas, kus see parandab mehaanilist terviklikkust, ja elimineeritakse seal, kus see ainult lisab kaalu ja kuumakindlust.
Suurenenud soojusülekanne ja väiksem mass
Muutuva{0}}seina lähenemisviisil on kaks mõõdetavat eelist:
Täiustatud summaarne soojusülekandetegur (U): õhem torusein vähendab juhtivustakistust samades sise- ja välistingimustes. Dupleksroostevaba terase soojusjuhtivus on ligikaudu 15–17 W/m·K. Juhtivat soojustakistust väheneb ligikaudu 40% võrra, kui seina paksust vähendatakse 2,0 mm-lt 1,2 mm-le (vähenemine 40%), mis suurendab üldist U-väärtust märgatavalt (tavaliselt 10–15%, olenevalt kilekoefitsientidest).
Kaalu vähendamine: pika toru (nt 6 m) õhukese{0}}seinaga keskosa moodustab suurema osa toru pikkusest. Võrreldav konventsionaalselt tõmmatud ja homogeense paksusega toru, mis on valmistatud samade otsakoormuste jaoks, võib kaaluda 25–40% rohkem kui lisanditega toru. Avamereplatvormide ja kosmoserakenduste puhul, kus iga kilogramm loeb, on sadade torudega soojusvaheti komplekti kumulatiivne kaalusääst märkimisväärne.
Lisandite tootmise metallurgilised eelised dupleksi jaoks
Dupleksroostevabast terasest LPBF toodetud mikrostruktuur erineb oluliselt sepistatud materjali omast. Väga peen ühtlane austeniidi ja ferriidi kombinatsioon, mille tera suurus jääb sageli mikro- või submikromeetrivahemikku, saadakse erakordselt kiirel tahkumisel (jahutuskiirus kuni 10 kraadi/s). See peen struktuur võib pakkuda:
suurem voolavuspiir (tavaliselt 20–30% kõrgem kui töödeldud ekvivalendid prinditud kujul).
tugev löögikindlus sobiva termilise töötlemisega.
minimaalne legeerelementide eraldamine, mis vähendab trükkimise ajal metallidevahelise faasi arengu võimalust.
Enamus liitepõhiseid duplekskomponente vajavad aga parima faasitasakaalu ja korrosioonikindluse saavutamiseks -protsessijärgset lõõmutamist ja karastamist. Tavaline kuumtöötlustsükkel on järgmine:
Kuumutage 1050–1100 kraadini, olenevalt klassist.
Hoidke lühikest aega (näiteks 30 minutit iga 25 mm sektsiooni paksuse kohta).
Sigmafaasi ja muude intermetallide sadestumise vältimiseks kustutage kiiresti vee või gaasiga.
Lisandina toodetud roostevaba dupleksteras ühtib või ületab pärast nõuetekohast kuumtöötlemist oma sepistatud analoogi punktide tekitamise takistust (PREN > 40 superdupleksi puhul).
Pinnaviimistluse mõju jõudlusele
Sellel karedusel on kaks vastandlikku mõju:
