วิธีการดัดงอ (แมนเดรลเทียบกับแรงอัด) ของเครื่องทำความร้อนท่อไทเทเนียม U- ส่งผลต่อการกระจายความเค้นตกค้างที่ส่วนโค้งอย่างไร และต่อมาความต้านทานต่อคลอไรด์-ทำให้เกิดการแตกร้าวในปั๊มความร้อนทางทะเล

การแลกเปลี่ยนขั้นพื้นฐาน-ของวิธีการดัดงอสำหรับเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมมารีน
ปั๊มความร้อนทางทะเลใช้เครื่องทำความร้อนแบบท่อ U- ไทเทเนียมที่จุ่มอยู่ในน้ำเค็มหรือน้ำเกลือ บริเวณโค้งงอของท่อ U- คือตำแหน่งที่เน้นความเค้นมากที่สุดและมีความไวต่อคลอไรด์มากที่สุดซึ่งทำให้เกิดการแตกร้าวของการกัดกร่อนจากความเค้น (SCC) วิธีการดัดงอทั่วไปสองวิธีส่งผลให้มีการกระจายตัวของความเค้นตกค้างที่แตกต่างกัน การดัดด้วยแมนเดรลใช้ส่วนรองรับภายใน (แมนเดรล) เพื่อติดตามภายในท่อในระหว่างการดัด ส่งผลให้ผนังเรียบสม่ำเสมอ ความหนาของผนัง และความเค้นตกค้างน้อยที่สุด การดัดด้วยแรงอัดหรือที่เรียกว่าการดัดแบบ ram จะดันท่อไปรอบๆ ดายคงที่โดยไม่มีการรองรับภายใน ผลลัพธ์ที่ได้คือหน้าตัดที่เรียบ-ซึ่งมีแรงดึงตกค้างสูงในรัศมีภายนอกหรือส่วนที่เกิน ความเครียดที่ตกค้างเหล่านี้ร่วมกับการสัมผัสคลอไรด์ที่อุณหภูมิสูงขึ้น (50–70 องศา) สามารถทำให้เกิด SCC ได้ การนำเสนอนี้จะวิเคราะห์วิธีการดัดงอทั้งสองวิธี และอธิบายว่าเหตุใดจึงนิยมใช้การดัดแมนเดรลสำหรับงานเดินเรือ และความหนาของผนังส่งผลต่อการกระจายความเค้นตกค้างอย่างไร

ผลกระทบต่อความสมบูรณ์ทางกล: ความเค้นตกค้างเนื่องจากการดัดงอ
การดัดจากแมนเดรลใช้แมนเดรลภายในที่รองรับผนังของท่อระหว่างการขึ้นรูป เพื่อป้องกันผนังอ่อนตัวและรักษาความเป็นวงกลม ความเค้นดัดจะสม่ำเสมอตลอดหน้าตัดของท่อ หลังจากการดัดแมนเดรล ความเค้นตกค้างโดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 50–100 MPa (แรงดึงที่ส่วนนอกและแรงอัดที่ด้านใน) ความเค้นเหล่านี้ต่ำกว่าเกณฑ์สำหรับการเริ่มต้น SCC ในไทเทเนียมในน้ำทะเล (ประมาณ 150-200 MPa) บริเวณที่โค้งงอยังคงแสดงความต้านทานต่อการแตกร้าวที่เกิดจากคลอไรด์

ในการดัดด้วยแรงอัด (โดยไม่ต้องใช้แมนเดรล) ผนังด้านนอกของส่วนโค้งจะบางลงอย่างเห็นได้ชัด (ผนังลดลง 10-20%) การโก่งงอและผนังด้านในอาจย่นได้ ความเค้นดึงที่ตกค้างบนวัสดุภายนอกอาจสูงถึง 200-300 MPa ซึ่งใกล้หรือเกินกว่ากำลังครากของไทเทเนียมเกรด 2 (275 MPa) ความเค้นตกค้างเกินเกณฑ์ของ SCC คลอไรด์ไอออนในน้ำเค็มอาจทำให้เกิดรอยแตกที่ส่วนโค้งงอได้ภายในระยะเวลา 6-12 เดือนที่ 60 องศา รอยแตกร้าวจะเติบโตตามแนวขอบเกรนในบริเวณที่เกิดความเครียดอย่างรุนแรง ซึ่งทำให้เครื่องทำความร้อนทำงานล้มเหลว

ประสิทธิภาพการระบายความร้อนกระทบผนังบางและการถ่ายเทความร้อน
การดัดงอด้วยแรงอัดทำให้ผนังบางลงในบริเวณส่วนโค้งพิเศษ สำหรับผนังขนาดปกติ 1.2 มม. ความหนาส่วนเกินอาจลดลงเหลือ 0.9-1.0 มม. โดยการดัดด้วยแรงอัด ส่วนที่บางกว่านี้จะอุ่นกว่าส่วนตรงเล็กน้อย (1-2 องศา ) เพื่อให้มีความหนาแน่นของพลังงานเท่ากัน ซึ่งสามารถเร่งการกัดกร่อนได้ การดัดด้วยแมนเดรลช่วยรักษาความหนาของผนังที่สม่ำเสมอในการโค้งงอ โดยรักษาความเป็นเนื้อเดียวกันทางความร้อน

การสังเคราะห์ข้อดี-: เทคนิคการดัดและความหนาของผนัง
วิธีการดัด ความสม่ำเสมอของความหนาของผนัง ความเค้นตกค้างที่ Extrados (MPa) ความเสี่ยง SCC (น้ำทะเล 60 องศา ) อายุการใช้งานความหนาของผนังที่แนะนำ (ปี)
การบีบอัด (หน่วยความจำ)ไม่สม่ำเสมอ- (บางลง 10-20%) 200-300 MPaสูง (แคร็กใน 6-12 เดือน)ใดๆ (ไม่เกิดประโยชน์)<2 years
การบีบอัด + การบรรเทาความเครียด การอบอ่อน-สม่ำเสมอ 80-120 МПаต่ำ (หลังการอบอ่อน) 1.5 มม. (เพื่อต่อต้านการผอมบาง) 5-8 ปี
แมนเดรล (ส่วนรองรับภายใน) เครื่องแบบ (±5%) 50 – 100 MPaไม่มี (ต่ำกว่าเกณฑ์) 1.0-1.2 มม. 10+ ปี
แมนเดรล + ขัดเงาด้วยไฟฟ้า เท่ากับ 40 – 80 MpaNone 1.0 มม. 15+ ปี
การผสมผสานที่เหมาะสมระหว่างความเค้นตกค้างต่ำและความต้านทาน SCC ได้มาจากการดัดแมนเดรลด้วยผนัง 1.0-1.2 มม. สำหรับการดัดงอด้วยแรงอัดในการให้บริการทางทะเล ไม่อนุญาตให้มีการอบอ่อนหลังการโค้งงอ โดยไม่คำนึงถึงความหนาของผนัง

วิศวกรรมที่นอกเหนือไปจากวิธีการดัด: การหลอมบรรเทาความเครียด
ในกรณีที่จำเป็นต้องมีการดัดงอด้วยแรงอัดเนื่องจากขีดจำกัดในการผลิต การอบอ่อนเพื่อลดความเครียดหลัง-โค้งงอ (520 องศาเป็นเวลา 45 นาทีในบรรยากาศอาร์กอน) จะช่วยลดความเค้นตกค้างได้ 60–80 % ท่ออัด-โค้งงอ U-แบบอบอ่อนมีความเค้นตกค้างอยู่ที่ 80-120 MPa ซึ่งยังสูงกว่าค่าดังกล่าวสำหรับการดัดแมนเดรล แต่ต่ำกว่าเกณฑ์ SCC อย่างไรก็ตาม ผนังจะบางลงโดยการดัดด้วยแรงอัด ดังนั้นต้องใช้ผนังที่ระบุที่หนาขึ้น (1.5 มม.) เพื่อรับประกันความหนาที่เพียงพอที่ส่วนที่เกินหลังจากการทำให้ผอมบาง (ความหนาที่เหลืออยู่=1.2–1.3 มม.) การดัดงอด้วยแรงอัด + การอบอ่อน + ผนังที่หนาขึ้น สามารถใช้งานได้นาน 5-8 ปีในปั๊มความร้อนทางทะเล ซึ่งยอมรับได้แต่ไม่ได้ดีเยี่ยม

สรุป: การดัดแมนเดรลเหมาะสำหรับงานเดินเรือที่ความหนา 1.0-1.2 มม.
วิธีการดัดเครื่องทำความร้อนแบบท่อไทเทเนียม U- ในปั๊มความร้อนทางทะเลโดยสัมผัสกับน้ำเค็มที่ 60 องศา มีความสำคัญต่อการกระจายความเค้นตกค้างที่ส่วนโค้งงอ และความต้านทานต่อการแตกร้าวที่เกิดจากการคลอไรด์- การดัดแมนเดรล (พร้อมส่วนรองรับภายใน) ให้ความหนาของผนังที่เป็นเนื้อเดียวกันและความเค้นตกค้างต่ำ (50–100 MPa) ต่ำกว่าเกณฑ์ SCC ทำให้ผนังธรรมดา 1.0–1.2 มม. สามารถให้บริการได้ 10+ ปี การดัดงอด้วยแรงอัด (โดยไม่ต้องใช้แมนเดรล) ส่งผลให้ผนังบางและมีความเค้นตกค้างสูง (200–300 MPa) เกินเกณฑ์ SCC ทำให้เกิดการแตกร้าวภายใน 6–12 เดือน โดยไม่คำนึงถึงความหนาของผนัง มาตรฐานที่แนะนำคือท่อไทเทเนียมเกรด 2 แบบแมนเดรลงอ ความหนาของผนัง 1.0 ถึง 1.2 มม. ผิวเคลือบด้วยไฟฟ้า หากจำเป็นต้องดัดงอด้วยแรงอัด จำเป็นต้องมีการอบอ่อนเพื่อลดความเครียดหลังการโค้งงอ{19}}และผนังที่หนาขึ้น (1.5 มม.) เพื่อชดเชยการผอมบาง แต่คาดว่าอายุการใช้งานจะสั้นลง (5-8 ปี) หากคุณสั่งซื้อเครื่องทำความร้อนแบบท่อ U สำหรับปั๊มความร้อนทางทะเล ให้ระบุการดัดงอจากแมนเดรล และต้องมีหลักฐานการวัดความเค้นตกค้าง (<100 MPa) in the bend region. Wall thickness is no substitute for good bending exercise.