কোন সাইক্লিক লোড অবস্থার অধীনে একটি থার্মোস্ট্যাটে 316 স্টেইনলেস স্টিল শীথ{1}}নিয়ন্ত্রিত নিমজ্জন হিটার বেন্ড ব্যাসার্ধে তাপীয় ক্লান্তি ক্র্যাকিং বিকাশ করে

বেন্ড ব্যাসার্ধ: পুনরাবৃত্ত তাপ সম্প্রসারণ চাপের যান্ত্রিক ফোকাস

316 স্টেইনলেস স্টীল এনকেসড ইমর্শন হিটারে U- বা L-আকৃতির উপাদানগুলির অকাল যান্ত্রিক ভাঙ্গন ঘন ঘন থার্মোস্ট্যাট কন্ট্রোলের অধীনে সাইকেল চালানোর সময় -অফ বাঁক ব্যাসার্ধের কাছে প্রায়শই পরিলক্ষিত হয়। যাইহোক, বাঁক ব্যাসার্ধটি অভ্যন্তরীণ চাপ থেকে হুপ স্ট্রেস, উত্তপ্ত সোজা পায়ের তাপীয় প্রসারণ থেকে অক্ষীয় চাপ এবং খাপের সরল অংশগুলির বিপরীতে বাঁকা অংশের জ্যামিতিক সীমাবদ্ধতার কারণে বাঁকানো চাপের কারণে জটিল বহুক্ষিক চাপের শিকার হয়, যা উত্তাপের সময় এবং শীতল চক্রের দৈর্ঘ্য বরাবর অবাধে প্রসারিত এবং সংকুচিত হয়। ক্রীপ রিল্যাক্সেশন 316 স্টেইনলেস স্টিলের অবিচ্ছিন্ন অবিচ্ছিন্ন অপারেশন চলাকালীন এই চাপগুলির যত্ন নেয় এবং কোনও ক্র্যাকিং ঘটে না। সাইক্লিক অপারেশনে (প্রতিদিন 5-10 পূর্ণ তাপ চক্রের বেশি) ঘন ঘন ইলাস্টিক স্ট্রেনিং ক্লান্তি ক্ষতির সঞ্চয় ঘটায়। এই নিবন্ধটি চক্র গণনা, তাপমাত্রার পার্থক্য, বাঁক জ্যামিতি এবং ফ্র্যাকচার সূচনা জীবনের মধ্যে সম্পর্কের পরিমাণ নির্ধারণ করে এবং উচ্চ-চক্র অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য একটি স্পেসিফিকেশন কাঠামো প্রদান করে।

নমন অঞ্চলে তাপ সম্প্রসারণের মেকানিজম অমিল

যেহেতু U-আকৃতির 316 খাপ পরিবেষ্টিত (20 ডিগ্রী) থেকে অপারেটিং পৃষ্ঠের তাপমাত্রায় (সাধারণত 80-150 ডিগ্রি জলীয় পরিষেবার জন্য বা 300-বাতাস/গ্যাস গরম করার জন্য 500 ডিগ্রি) উত্তপ্ত হয়, তাই প্রতিটি সোজা পা দ্রাঘিমাংশের 3.1 প্রসারিত প্যান অনুযায়ী অনুদৈর্ঘ্যভাবে প্রসারিত হবে স্টেইনলেস স্টিল, প্রায় 17 10-6 / ডিগ্রী। একটি 500 মিমি সোজা পায়ের দৈর্ঘ্যের হিটারে পৃষ্ঠের তাপমাত্রা 120 ডিগ্রি (পাওয়ার-আপে পরিবেষ্টিত থেকে ΔT=100 ডিগ্রি) প্রতিটি পা 0.85 মিমি প্রসারিত হয়। এই সম্প্রসারণকে সক্ষম করতে বাঁক ব্যাসার্ধ, সাধারণত 20-40 মিমি (টিউবের বাইরের ব্যাসের 1.5 থেকে 3 গুণ), প্রসারিত করতে হবে। যাইহোক, বাঁক অঞ্চলটি বাঁকানোর পরে হিটারের সবচেয়ে পুরু-প্রাচীরযুক্ত অংশও (বাইরের ব্যাসার্ধ কিছুটা পাতলা হয়ে যায় এবং ভিতরের ব্যাসার্ধ আরও ঘন হয়ে যায়) এবং একটি জটিল স্ট্রেস ডিস্ট্রিবিউশন তৈরি করে। সোজা পায়ের তাপীয় প্রসারণ মোড়ের ভিতরের ব্যাসার্ধে গরম করার সময় সংকোচনমূলক চাপ সৃষ্টি করে। বাইরের ব্যাসার্ধে প্রসার্য চাপ তৈরি হয়। বাঁকের বাইরের ফাইবারে সর্বাধিক প্রসার্য চাপ তিনটি ভেরিয়েবলের একটি ফাংশন: তাপমাত্রার পার্থক্য (ΔT), সোজা পায়ের দৈর্ঘ্য (L) এবং বাঁকের ব্যাসার্ধ (R)। রশ্মি বাঁকানো তত্ত্ব থেকে গাইডিং আনুমানিক, সর্বাধিক চক্রীয় স্ট্রেন দেয়, ε=ΔTL/2R (1) যেখানে প্রদত্ত উদাহরণের জন্য=17×10−6, ΔT=100 ডিগ্রি , L=500 মিমি এবং R=30 মিমি মধ্যে চক্রাকারে কম্পিত হয়, প্রায় 0.0014 (0.14 %)। এই মানটি 10⁷ চক্রের জন্য প্রায় 0.2-0.3% ক্লান্তি সীমা সহ অ্যানিলড 316 স্টেইনলেস স্টিলের জন্য নিরাপদ। যাইহোক, যদি ΔT 300 ডিগ্রীতে বৃদ্ধি পায় (এয়ার গরম করার ক্ষেত্রে খাপের তাপমাত্রা 320 ডিগ্রী সাধারণ), তাহলে স্ট্রেন 0.42% যা ক্লান্তি সীমার উপরে এবং ফ্র্যাকচার শুরু হওয়ার আগে চক্রের জীবন প্রায় 10,000-20,000 চক্রের মধ্যে সীমাবদ্ধ থাকে।

নমনের কারণে ঠান্ডা কাজ এবং ক্লান্তি জীবনে হ্রাসের উপর এর প্রভাব

U{0}}টিউব বা L-আকৃতির হিটার তৈরি করার জন্য যান্ত্রিক বাঁকানোর কৌশলটি বাঁক অঞ্চলে, বিশেষ করে বাইরের ব্যাসার্ধে যথেষ্ট ঠান্ডা কাজ করে। 2.0 এর একটি বাঁক অনুপাত R/D (টিউবের বাইরের ব্যাস থেকে বাঁকানো ব্যাসার্ধ) এ, বাইরের ফাইবার গঠন প্রক্রিয়ায় ~25-30% একটি বাঁকানো স্ট্রেন ভোগ করে, যা 20-25% এর একটি ঠান্ডা{13}}কাজের স্তরের সাথে সম্পর্কিত। এই ঠান্ডা চিকিত্সা 316 স্টেইনলেস স্টিলের ফলন শক্তি প্রায় 205 MPa (অ্যানিলড) থেকে 350-450 MPa-এ উন্নীত করে কিন্তু উপাদানটির নমনীয়তা এবং ক্লান্তি প্রতিরোধকে উল্লেখযোগ্যভাবে কমিয়ে দেয়। 10{sup 7} চক্রে 20% ঠান্ডা-316 কাজ করার ক্লান্তি সীমা প্রায় 0.10-0.15% স্ট্রেনে হ্রাস পেয়েছে, যা অ্যানিলড উপাদানের অর্ধেকেরও কম। উপরে বায়ু গরম করার ক্ষেত্রে (ΔT=300 ডিগ্রি, L=500 মিমি, R=30 মিমি, স্ট্রেন=0.42 %) উল্লেখ করে, ঠান্ডা-কাজ করা বাঁক 1000 চক্রের কম সময়ে ব্যর্থ হবে। ব্যবহারিক ফলাফল হল যে পোস্ট-বেন্ড অ্যানিলিং ছাড়া বাঁকানো অ্যানিলড টিউবিং দিয়ে তৈরি হিটারগুলি 1000-এর বেশি তাপমাত্রা চক্র জড়িত কোনও প্রয়োগের জন্য উপযুক্ত নয়। উচ্চ সাইকেল প্রয়োগের জন্য (উদাহরণস্বরূপ, ট্যাঙ্ক হিটার প্রতিদিন 20 বার সাইকেল চালানো, বছরে 300 দিন, 5 বছরের জন্য=30,000 চক্র) বেন্ড অঞ্চলের ক্লান্তি বৈশিষ্ট্যগুলি পুনরুদ্ধার করার জন্য পোস্ট-বেন্ড সম্পূর্ণ অ্যানিলিং প্রয়োজন।

অপারেটিং প্যারামিটার এবং বেন্ড জ্যামিতির উপর নির্ভর করে সাইকেলের নিরাপদ সংখ্যার মূল্যায়ন

The permitted number of thermal cycles for a 316 sheath bend to crack initiation is a Coffin-Manson relationship, the log of cycles to failure being inversely related to the log of cyclic plastic strain. The limitations shown in the table below have been developed by combining field failure data with laboratory fatigue testing on 316 tubing with varied bend radii and cold work conditions. Two important criteria are identified: For applications with less than 1000 total cycles during the life of the heater (typical of continuous processes that run for weeks or months without shutdown), even moderate cold-worked bends survive reliably. For applications beyond 10,000 cycles (multiple on-off cycles per day over several years), only thoroughly annealed bends with R/D >= 3.0 উপযুক্ত ক্লান্তি প্রতিরোধের প্রস্তাব করে। 100,000-এরও বেশি চক্রের অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে (দ্রুত-সাইকেল চালানোর সিস্টেম যেমন পয়েন্ট-অফ-হট ওয়াটার হিটার ব্যবহার করে), নির্দিষ্ট নকশা সমাধান যেমন সোজা আন-বাঁকানো হিটার, নমনীয় সংযোগ বা ΔT কমাতে বিদ্যুতের ঘনত্ব হ্রাস করা প্রয়োজন।

বেন্ড রেডিয়াস রেশিও (R/D) পোস্ট-বেন্ড হিট ট্রিটমেন্ট সর্বোচ্চ শেথ ΔT প্রতি সাইকেল (ডিগ্রী) ক্র্যাক ইনিশিয়েশনের আনুমানিক সাইকেল (10% ব্যর্থ) নিরাপদ পরিষেবার জন্য সুপারিশকৃত সর্বাধিক সাইকেল সাধারণত অ্যাপ্লিকেশন উপযুক্ততা
1.5 কোনটিই নয় (যেমন-বাঁকানো) 50 50,000 10,000 নিম্ন চক্র, উষ্ণ জল (ছোট ΔT)
1.5 কোনটিই নয় (যেমন-বাঁকানো) 150 2,000 1,000 স্ট্যান্ডার্ড ওয়াটার হিটিং, সীমাবদ্ধ সাইকেল চালানো
1.5 কোনটিই নয় (যেমন-বাঁকানো) 300 200 100 এয়ার হিটিং; ঘন ঘন সাইকেল চালানোর জন্য নয়
2.0 None (as-bent) 50 >100,000 20,000মাঝারি উষ্ণ জলের চক্রের জন্য ভাল৷
১
2.0 কোনটিই নয় (যেমন-বাঁকানো) 300 500 200 বাতাসের জন্য প্রান্তিক; নিয়মিত সাইকেল চালানো এড়িয়ে চলুন
3.0 কোনটিই (বাঁকানো হিসাবে) 150 15,000 5,000Fair, হাই সাইকেলের জন্য অ্যানিল করা পছন্দ করে
3.0 Full solution anneal (1040 °C + quench) 150 >200,000 50,000হাই সাইকেল ওয়াটার হিটিং চমৎকার
3.0 Full solution anneal after bending 300 20,000 10,000Suitable for high-cycle air/gas heating 4.0 or more (sweep bend) Full solution anneal 300 >100,000 30,000 যেকোনো উচ্চ-সাইকেল, উচ্চ-ΔT পরিষেবার জন্য সেরা
তাপীয় ক্লান্তি ক্র্যাকিং এবং ব্যর্থতা বিশ্লেষণের ক্ষেত্রের সূচক

বাঁক ব্যাসার্ধের তাপীয় ক্লান্তি ফাটলগুলির বিশেষ বৈশিষ্ট্য রয়েছে যা তাদের অন্যান্য ধরণের ব্যর্থতা প্রক্রিয়া যেমন স্ট্রেস ক্ষয় ক্র্যাকিং (SCC) বা পিটিং থেকে আলাদা করে। ক্লান্তি ফাটলগুলি সাধারণত পরিধিযুক্ত (টিউব অক্ষের লম্ব) এবং বাঁকের বাইরের ব্যাসার্ধে ঘটে, ঠিক যেখানে চক্রীয় প্রসার্য স্ট্রেন সবচেয়ে বেশি। এগুলি বাইরের পৃষ্ঠে শুরু হয় এবং ভিতরে অগ্রগতি করে, প্রায়শই অনেকগুলি সমান্তরাল ফিসারে 2-5 মিমি দূরে। ফ্র্যাকচার পৃষ্ঠে বিবর্ধনের সময় সৈকত চিহ্ন বা স্ট্রিয়েশনগুলি অনেকগুলি চক্রে ক্র্যাক প্রসারণকে নির্দেশ করে। SCC ফ্র্যাকচারগুলি সাধারণত ব্রাঞ্চিং, ইন্টারগ্রানুলার (উচ্চ তাপমাত্রায় 316-এ ট্রান্সগ্রানুলার) এবং ক্লোরাইড এক্সপোজারের সাথে সম্পর্কিত। পিটিং ব্যর্থতা বিচ্ছিন্ন গর্ত প্রদর্শন করে, কোন ফাটল নেই। উপরের টেবিলের সাথে মোড়ে ব্যর্থ হিটারের অপারেশনাল চক্র গণনা এবং তাপমাত্রার পার্থক্য তুলনা করুন। যদি প্রয়োগের পরামিতিগুলি নিরাপদ অঞ্চলে থাকে, কিন্তু তারপরেও ব্যর্থতা ঘটে থাকে, তবে সম্ভাব্য কারণগুলি হল: খুব টাইট বাঁক (R/D < 2.0), পোস্ট-বেন্ড অ্যানিলিংয়ের অভাব, বা বাঁক অবস্থানে টিউবিংয়ে একটি খাঁজ বা সীমের মতো উত্পাদন ত্রুটি। যে ক্রেতাদের সাইক্লিক ব্যবহারের জন্য হিটারের প্রয়োজন হয় তাদের জন্য গুণমানের নিশ্চয়তা প্রদান করা হয়, যার জন্য বাঁকানো এবং অ্যানিলিং করার পরে বেন্ড অঞ্চলের রেডিওগ্রাফিক বা রঞ্জক অনুপ্রবেশকারী পরিদর্শন প্রয়োজন, কোন পৃষ্ঠের ফাটল বা ভাঁজগুলির গ্রহণযোগ্যতা মাপকাঠি সহ।

বাঁক এ তাপ স্ট্রেন কমানোর জন্য কৌশল

Three design modifications are used to lower the cyclic strain when the required cycle count exceeds the allowable limits for a given bend shape. The first and most effective is to increase the bend radius to R/D >= 4.0 এবং বাঁকটিকে একটি ঝাড়ুতে পরিণত করুন যার ফলে তাপীয় প্রসারণের সময় কম স্ট্রেন হয়। দ্বিতীয়টি হল একটি ভাসমান বা স্লাইডিং ফ্ল্যাঞ্জ সহ হিটারটি ইনস্টল করা, যাতে পুরো হিটারটি গরম এবং শীতল হওয়ার সময় অক্ষীয়ভাবে স্থানান্তর করতে পারে, নিরাপদে উভয় প্রান্ত ধরে রাখার পরিবর্তে। স্ট্রেন সমীকরণে কার্যকর এল একটি হিটার দ্বারা অর্ধেক কমে যায় যার একটি প্রান্ত স্থির থাকে এবং অন্য প্রান্তটি একটি স্লাইডিং সীলের মধ্য দিয়ে চলাচলের জন্য মুক্ত থাকে (প্রসারণ শুধুমাত্র নির্দিষ্ট বিন্দু থেকে বাইরের দিকে হয়)। তৃতীয় কৌশলটি হল শক্তির ঘনত্ব হ্রাস করা এবং তাই স্বাভাবিক ক্রিয়াকলাপের অধীনে আবরণ তাপমাত্রার পার্থক্য (ΔT) হ্রাস করা। বিদ্যুতের ঘনত্ব 8 W/cm2 থেকে 4 W/cm2 কমে গেলে সাধারণত খাপের তাপমাত্রা 120 ডিগ্রি থেকে 90 ডিগ্রি, ΔT 100 ডিগ্রি থেকে 70 ডিগ্রি এবং জল গরম করার জন্য আনুপাতিকভাবে চক্রীয় স্ট্রেন কমে যায়। ক্লান্তি ব্যর্থতার সম্মুখীন হওয়া বিদ্যমান ইনস্টলেশনগুলির জন্য, একটি নরম-স্টার্ট কন্ট্রোলারের সাথে রিট্রোফিটিং করা যা 5-10 সেকেন্ডের বেশি ভোল্টেজকে র‌্যাম্প করে তাপীয় শক কমায় কিন্তু সম্পূর্ণ ΔT থেকে ক্রমবর্ধমান স্ট্রেনকে সম্পূর্ণরূপে নির্মূল করে না - শুধুমাত্র সেটপয়েন্টের তাপমাত্রা বা সাইকেল কম্পাঙ্কের উল্লেখযোগ্য তাপমাত্রা হ্রাস করে।

উপসংহারে: নির্ভরযোগ্য পরিষেবার জন্য সাইকেল কাউন্টের সাথে বেন্ড ডিজাইন সমন্বয় করুন

The bend radius of a U-shaped or L-shaped 316 stainless steel immersion heater is not a geometric afterthought, it is the mechanical component most susceptible to thermal fatigue under cyclic operation. For applications with fewer than 5 cycles per day (less than 2,000 cycles during a 2-year life), standard bends with R/D = 2.0 and no post-bend annealing are suitable for adequate water heating dependability. For high cycle applications (>20 cycles/day, >15,000 cycles in 2 years), post-bending annealing and R/D >প্রারম্ভিক ফ্র্যাকচার গঠন এড়াতে=3.0 প্রয়োজন। দ্রুত-সাইক্লিং সিস্টেমের জন্য বা উচ্চ-তাপমাত্রা বায়ু গরম করার জন্য সম্পূর্ণ সমাধান অ্যানিলিং এবং ভাসমান মাউন্টিং সহ 4.0 এর চেয়ে বড় বা সমান R/D নির্দিষ্ট করুন। সাইক্লিক ব্যবহারের জন্য, হিটার কেনার সময় ইঞ্জিনিয়ারদের বেন্ড ব্যাসার্ধ অনুপাত এবং পোস্ট-বেন্ড হিট ট্রিটমেন্টের সার্টিফিকেশন প্রয়োজন। এখানে বর্ণিত স্থাপত্যের সাথে, মোড়ের আকৃতি, ঠান্ডা-কাজের অবস্থা এবং প্রত্যাশিত ক্লান্তি জীবনের সাথে চক্র গণনার মধ্যে একটি সম্পর্ক পাওয়া যায়, যাতে ক্রেতারা 316টি এনকেসড হিটার নির্দিষ্ট করতে পারেন যা বাঁকে ফাটল ছাড়াই প্রয়োজনীয় সংখ্যক তাপচক্র সহ্য করে।