Kaip papildomai gaminami dvipusiai nerūdijančio plieno vamzdžiai užtikrina optimalų sienos storio profilį?

Atsižvelgiant į blogiausią-atvejo įtempių tašką, šilumokaičio vamzdis paprastai traukiamas vienodo sienelės storio nuo galo iki galo. Šis apribojimas pašalinamas naudojant priedų gamybą, kuri leidžia spausdinti dvipusį nerūdijančio plieno vamzdį su storesne sienele arti vamzdelio lakšto, kur sutelkti įtempiai, ir plona sienele centre, kur svarbu tik išlaikyti slėgį, išspaudžiant visas šilumos savybes. Mažų, didelio{4}}efektyvumo šilumokaičių, skirtų atviroje jūroje esančioms platformoms, chemijos gamykloms ir erdvėlaiviams, dizainas keičiasi dėl galimybės reguliuoti sienelės storį per visą vamzdžio ilgį.

Tradicinis apribojimas: nuoseklus sienos storis
Tradiciniai dvipusiai nerūdijančio plieno vamzdžiai (pvz., 2205 ir 2507) gaminami valcavimo, tempimo arba ekstruzijos būdu. Dėl šių procedūrų vamzdžiai su sienelėmis yra vienodo storio. Sienelės storiui nustatyti naudojama didžiausio įtempimo vieta-paprastai vamzdžio galuose, kur vamzdis suvyniojamas arba suvirinamas į vamzdžio lakštą arba kur lenkimo įtempiai yra stipriausi{5}}. Todėl centrinė vamzdžio dalis yra per-skirta tik slėgiui išlaikyti. Metalo perteklius padidina svorį, išlaidas ir šiluminę varžą. Vienodai storas vamzdis sumažina efektyvumą, nes šilumos perdavimas vamzdžio sienele yra atvirkščiai susijęs su storiu (tam tikros medžiagos ir skysčio sąlygomis).

Kintamo sienelės storio profiliai: priedų gamybos sprendimas
Lazerinis miltelių sluoksnio lydymas (LPBF) naudojamas priedų gamyboje, siekiant sukurti optimalų dvipusio nerūdijančio plieno vamzdžių dizainą. Sluoksnis po sluoksnio smulkūs dvipusio nerūdijančio plieno milteliai (pvz., UNS S31803 arba S32750) selektyviai išlydomi didelės galios lazeriu. Procedūra pagrįsta trimačiu-kompiuteriniu-projektavimo (CAD) modeliu, kuris nurodo vamzdžio vidinį skersmenį, išorinį skersmenį ir ašies pokyčius. Skirtingai nuo tradicinių metodų, sienelės storis gali būti nuolat keičiamas.

Įprastus optimizavimo metodus sudaro:

Storesni galai: daugiau metalo sluoksnių dedami ant pirmųjų 50–100 mm vamzdžio šalia kiekvieno galo, kur jis liečiasi su vamzdžio lakštu, padidindamas sienelės storį. Ši sustiprinta zona valdo didelius vietinius įtempius, atsirandančius dėl riedėjimo, plėtimosi, vibracijos ir lenkimo momentų.

Plonesnė vidurinė dalis: minimalus storis, reikalingas, kad būtų laikomasi slėgio projektavimo kodekso (pvz., ASME VIII skyrius, 1 arba 2 skyrius), atspausdintas vidurinėje srityje, kuri dėl vidinio slėgio kenčia tik lanko įtempimą. Palyginti su tradiciniu temptu vamzdžiu iš tos pačios medžiagos ir slėgio, šis vidurys kartais yra 30–50% plonesnis.

Laipsniškas perėjimas: siekiant išvengti įtempių koncentracijos greitu žingsniu, sienelės storio pokytis mažėja per trumpą atstumą (pvz., 20–30 mm).

Galutinis produktas yra funkciškai surūšiuotas komponentas, kurio metalas yra kruopščiai išdėstytas ten, kur jis padidina mechaninį vientisumą, o pašalinamas ten, kur jis tik padidina svorį ir atsparumą karščiui.

Patobulintas šilumos perdavimas ir sumažinta masė
Kintamos{0}}sienos metodo privalumai yra du išmatuojami:

Pagerintas bendras šilumos perdavimo koeficientas (U): plonesnė vamzdžio sienelė sumažina laidumo varžą tomis pačiomis vidinėmis ir išorinėmis skysčio sąlygomis. Dvipusio nerūdijančio plieno šilumos laidumas yra maždaug 15–17 W/m·K. Laidi šiluminė varža sumažėja maždaug 40 %, kai sienelės storis sumažinamas nuo 2,0 mm iki 1,2 mm (sumažėjimas 40 %), todėl bendra U- vertė pastebimai padidėja (paprastai 10–15 %, priklausomai nuo plėvelės koeficientų).

Svorio mažinimas: ilgo vamzdžio (pvz., 6 m) plonasienis{0}}centras sudaro didžiąją jo ilgio dalį. Panašus įprastu būdu tempiamas vienodo storio vamzdis, pagamintas toms pačioms galinėms apkrovoms, gali sverti 25–40 % daugiau, nei naudojant priedus pagamintas vamzdis. Atviroje jūroje esančioms platformoms ir kosmoso reikmėms, kur svarbus kiekvienas kilogramas, šilumokaičio pakete su šimtais vamzdžių sutaupoma daug svorio.

Duplex priedų gamybos metalurgijos pranašumai
LPBF iš dvipusio nerūdijančio plieno pagaminta mikrostruktūra labai skiriasi nuo kaltinės medžiagos. Labai smulkus, vienodas austenito ir ferito derinys, kurio grūdelių dydis dažnai yra mikrometro arba submikrometro diapazone, gaunamas itin greitai kietėjant (aušinimo greitis iki 10 laipsnių / s). Ši išskirtinė struktūra gali pasiūlyti:

didesnė takumo riba (paprastai 20–30 % didesnė nei apdirbtų ekvivalentų spausdintoje būsenoje).

stiprus atsparumas smūgiams su tinkamu terminiu apdorojimu.

minimalus legiravimo elementų atskyrimas, kuris sumažina tarpmetalinės fazės išsivystymo galimybę spausdinimo metu.

Tačiau daugumai papildomai pagamintų dvipusio sluoksnio komponentų reikia po-procesinio tirpalo atkaitinimo ir gesinimo, kad būtų pasiektas geriausias fazių balansas ir atsparumas korozijai. Įprastas terminio apdorojimo ciklas yra toks:

Įkaitinkite iki 1050–1100 laipsnių, priklausomai nuo laipsnio.

Palaikykite trumpą laiką (pavyzdžiui, 30 minučių kiekvienam 25 mm pjūvio storiui).

Norėdami išvengti sigmos fazės ir kitų intermetalinių medžiagų nusodinimo, greitai gesinkite vandeniu arba dujomis.

Papildomai pagamintas dvipusis nerūdijantis plienas, tinkamai termiškai apdorojus, atitinka arba viršija savo kaltinio atitikmens atsparumą duobėms (PREN > 40 super dupleksui).

Paviršiaus apdailos poveikis našumui
Yra du prieštaringi šio šiurkštumo padariniai: