Tiub pemanasan titanium yang tertakluk kepada pemanasan dan penyejukan kitaran yang kerap akan menghasilkan tegangan terma tegangan dan mampatan berselang-seli di dalam dinding tiub akibat pengembangan dan penguncupan yang tidak konsisten antara lapisan permukaan dan matriks dalam. Selepas kitaran tegasan berulang, retakan mikro bercambah pada ketakselanjaran struktur dan kecacatan permukaan, secara beransur-ansur memanjang sepanjang arah ketebalan dan akhirnya membentuk retakan menembusi yang membawa kepada kebocoran sederhana. Kerosakan ini berlaku terutamanya pada peralatan dengan permulaan-berhenti yang kerap dan turun naik suhu yang drastik, tergolong dalam kegagalan keletihan yang didorong semata-mata oleh beban haba kitaran.
1. Permulaan Retak Keletihan Terma dan Mekanisme Pembiakan
Apabila badan paip dipanaskan dengan cepat, permukaan luar akan mengembang secara keutamaan dan dihalang oleh bahan dalam-suhu rendah, menghasilkan tegasan tegangan permukaan. Semasa penyejukan pantas, lapisan luar mengecut lebih cepat dan terhimpit untuk membentuk tegasan mampatan. Penukaran tegangan dan mampatan berterusan membentuk tegasan terma berselang-seli berkala. Calar kecil, perubahan warna kimpalan dan kecacatan takuk kimpalan menjadi titik kepekatan tegasan dan punca permulaan retak. Di bawah beban kitaran, retakan keletihan mengembang secara berserenjang dengan arah tegasan utama. Sebaik sahaja retak menembusi ketebalan dinding, kebocoran sederhana berlaku. Tidak seperti retakan kakisan tegasan, kelesuan terma tidak bergantung pada medium menghakis, dan pengembangan retakan dikuasai oleh kerosakan keletihan mekanikal.
2. Kedudukan Biasa Terdedah kepada Kerosakan Keletihan Terma
Kimpalan dan haba-zon terjejas dengan struktur metalografi yang tidak sekata dan kepekatan tegasan yang ketara;
Salur masuk sederhana di mana cecair sejuk secara langsung memberi kesan kepada dinding paip panas untuk membentuk kecerunan suhu tempatan yang tajam;
Siku, pengurang dan bahagian akar bebibir dengan perubahan bahagian struktur secara mendadak;
Gas-garisan paras cecair berselang-seli dengan perbezaan suhu yang jelas antara dua fasa;
Bahagian paip yang diapit tegar yang tidak boleh berkembang bebas dan mengecut dengan perubahan suhu.
3. Faktor Utama Mempercepatkan Kegagalan Keletihan Terma
Operasi tidak standard dengan permulaan kecemasan yang kerap-berhenti dan suntikan terus medium sejuk ke-talian paip suhu tinggi;
Penetapan tegar tanpa peranti pampasan pengembangan, mengunci anjakan haba dan tekanan sisa terkumpul;
Pemanasan separa pekat yang membawa kepada perbezaan suhu tempatan yang berlebihan dan tegasan haba;
Permukaan kasar, gerinda kimpalan dan lekukan membentuk punca retak keutamaan;
Perkhidmatan suhu tinggi-jangka panjang-menyebabkan kekasaran butir dan kemerosotan dalam rintangan keletihan bahan.
4. Penuh-Langkah-Langkah Teknikal Kawalan Pencegahan Pautan
① Laksanakan kenaikan suhu berperingkat dan spesifikasi operasi penyejukan
Amalkan pemanasan kecerunan perlahan sebelum permulaan dan penyejukan secara berperingkat semasa penutupan untuk mengurangkan kesan perbezaan suhu serta-merta.
② Optimumkan sistem sokongan saluran paip
Lengkapkan sambungan pengembangan dan penyokong gelongsor untuk melepaskan tekanan ubah bentuk haba dan mengelakkan kekangan tegar.
③ Menggilap kimpalan dan permukaan paip untuk menghapuskan punca kecacatan
Kisar sudut tajam, burr dan calar untuk menghilangkan titik permulaan kepekatan tekanan.
④ Optimumkan susun atur pemanasan untuk input haba seragam
Elakkan terlalu panas setempat dan kecerunan suhu sempit untuk menurunkan amplitud tegasan haba.
⑤ Pilih-bahan titanium berbutir halus untuk keadaan kerja berselang-seli suhu yang kerap
Tingkatkan prestasi anti-keletihan yang wujud bagi logam asas melalui pengoptimuman gred bahan.
5. Jadual Perbandingan Kesan Pencegahan
表格
| Mod Operasi & Pemasangan | Risiko Keletihan Terma | Cadangan Permohonan |
|---|---|---|
| Pensuisan suhu secara tiba-tiba + pemasangan tetap tegar sepenuhnya | Pecah keletihan dalam kitaran servis yang singkat | Tambah pampasan pengembangan dan semak semula proses operasi dengan segera |
| Kawalan suhu beransur-ansur + sokongan fleksibel + kemasan permukaan | Sangat memperlahankan permulaan dan penyebaran retakan | Reka bentuk standard dan spesifikasi operasi |
| Konfigurasi sambungan pengembangan + pemanasan homogen + pengesanan kecacatan biasa | Kebarangkalian kegagalan keletihan haba minimum | Skim pilihan untuk peralatan pemanasan titanium mula kerap terputus-putus-berhenti |
Kesimpulan
Keretakan kelesuan terma tiub pemanasan titanium dijana daripada tegasan haba berselang-seli kitaran yang disebabkan oleh kenaikan dan penurunan suhu berulang, mendorong nukleasi retakan keletihan dan pengembangan penembusan. Idea pencegahan teras ialah mengurangkan amplitud mutasi suhu, menyimpan ruang pampasan pengembangan haba, menghapuskan kecacatan kepekatan tegasan permukaan dan meningkatkan prestasi anti-keletihan bahan. Operasi proses yang ketat dan pengoptimuman struktur saluran paip secara berkesan boleh menghalang kemalangan kebocoran secara tiba-tiba yang berpunca daripada-keletihan kitaran haba jangka panjang tiub pemanasan titanium.
