รัศมีของรอยเชื่อมฟิเลต์ที่หน้าแปลนยึดขององค์ประกอบความร้อนไทเทเนียมส่งผลต่ออายุการใช้งานความล้าของเปลือกเมื่อไหล-การสั่นสะเทือนที่เหนี่ยวนำในเครื่องฟอกสารเคมีขนาดใหญ่อย่างไร

การแลกเปลี่ยนขั้นพื้นฐาน-ในการออกแบบการเชื่อมฟิเลต์สำหรับเครื่องฟอกที่มีแรงสั่นสะเทือนสูง-
องค์ประกอบความร้อนไทเทเนียมจะถูกวางผ่านผนังถังของเครื่องฟอกสารเคมีขนาดใหญ่ผ่านการเชื่อมต่อแบบหน้าแปลน พื้นที่ที่มีความตึงที่สำคัญที่สุดภายใต้การสั่นสะเทือนที่เกิดจากการไหลคือรอยเชื่อมระหว่างปลอกไทเทเนียมและหน้าแปลนยึด การไหลของก๊าซของเครื่องฟอก (5–15 ม./วินาที) ทำให้เกิดกระแสน้ำวนไหลและความปั่นป่วน ซึ่งจะทำให้ชุดเครื่องทำความร้อนแบบคานยื่นสั่นสั่น ความเค้นดัดแบบสลับจะกระจุกตัวอยู่ที่ปลายเชื่อม ปัจจัยความเข้มข้นของความเค้น (SCF) ถูกควบคุมโดยรัศมีของรอยเชื่อมฟิลเล-การเปลี่ยนแปลงส่วนเว้าระหว่างหน้ารอยเชื่อมและพื้นผิวท่อ หัวเชื่อมคม (รัศมีสั้น,<0.5 mm) produces a SCF of 3–5, i.e. the local stress is 3–5 times the nominal bending stress. Large fillet radii (>2 มม.) นำไปสู่ ​​SCF 1.5-2.0 ความหนาของผนังมีผลต่อความแข็งในการดัดงอและความเค้นเล็กน้อย แต่ตัวแปรที่สำคัญที่สุดสำหรับอายุความล้าคือรัศมีการเชื่อม การศึกษานี้ประเมินผลกระทบของรัศมีการเชื่อมฟิเลต่ออายุความล้าภายใต้สถานการณ์การสั่นสะเทือนของเครื่องฟอกทั่วไป และให้คำแนะนำในการออกแบบ

ผลกระทบต่อความเข้มข้นของความเค้นความสมบูรณ์ทางกลที่รอยเชื่อม
สำหรับเครื่องทำความร้อนแบบคานยื่นที่มีความยาว L โดยมีแรงตามขวาง F (จากการไหล- การสั่นสะเทือนที่เหนี่ยวนำให้เกิด) ความเค้นดัดงอเล็กน้อยที่ปลายคงที่ (จุดเชื่อม) กำหนดโดย: σ_nom=(F × L) / (π × D² × t / 4) ความเค้นเฉพาะจุดที่ปลายเชื่อมกำหนดโดย σ_local=K_t × σ_nom โดยที่ K_t คือปัจจัยความเข้มข้นของความเครียด สำหรับการเชื่อมเนื้อด้วยรัศมีปลาย r และความหนาของผนังท่อ t, K t ~ 1 + 2 * (t/r)^0.5 สำหรับการเชื่อมแบบแหลม (r=0.3 mm, t=1.5 mm), Kt=1 + 2 x (1.5/0.3)^0.5=1 + 2 x 2.24=5.5. สำหรับการเชื่อมแบบปลายแหลม (r=2.5 mm, t=1.5 mm) Kt=1 + 2 x (1.5/2.5)0.5=1 + 2 x 0.77=2.5. เนื้อปลาขนาดใหญ่ ลดความเครียดในท้องถิ่นได้มากกว่า 50 %

อายุการใช้งานของความล้า (รอบจนถึงความล้มเหลว) กำหนดโดยสมการบาสควิน: N f=( σ f ' σ local ) 1 b โดยที่ b data -0.12 สำหรับไทเทเนียม การลด σ เฉพาะที่ด้วยปัจจัย 2.2 (จาก 5.5 เป็น 2.5 K t ) ช่วยยืดอายุความเมื่อยล้าได้ประมาณ (2.2) (1/0.12)=(2.2) 8.3 data 800 เท่า เครื่องทำความร้อนที่จะตายใน 1 เดือนด้วยปลายเชื่อมที่แหลมคมอาจมีชีวิตได้ 800 เดือน (66 ปี) ด้วยเนื้อปลาขนาดใหญ่

ผลของขนาดการเชื่อมและการถ่ายเทความร้อนต่อประสิทธิภาพความร้อน
รัศมีเนื้อที่สูงขึ้นจะทำให้โลหะเชื่อมมากขึ้น (ความหนาของคอเพิ่มขึ้น) เพื่อให้มีช่องนำความร้อนที่ใหญ่ขึ้นจากปลอกถึงหน้าแปลน ช่วยให้ความร้อนกระจายตัวดีขึ้นเล็กน้อยจากบริเวณรอยเชื่อมและป้องกันจุดร้อนแยก โทษทางความร้อนมีขนาดเล็ก อย่างไรก็ตาม เนื้อปลาที่มีขนาดใหญ่มาก (r > 5 มม.) อาจทำให้เกิดการรบกวนเครื่องทำความร้อนที่อยู่ใกล้เคียงเป็นมัดหรือลดความยาวการทำความร้อนที่มีประสิทธิภาพลง

แลกเปลี่ยน-การสังเคราะห์: ปฏิกิริยาระหว่างรัศมีการเชื่อมและความหนาของผนัง
รัศมีปลายเชื่อมฟิลเล็ต (มม.) ปัจจัยความเข้มข้นของความเครียด (K_t สำหรับ t=1.5มม.) อายุความล้าที่คาดการณ์ไว้ (เทียบกับเส้นฐานของการเชื่อมแบบแหลม) เหตุผลด้านความหนาของผนังขั้นต่ำทางวิศวกรรมหลัก < 0.5 มม. (คมเมื่อ-เชื่อม)5.0 – 6.0 1× (เส้นฐาน,<6 month life)Any (no advantage) Not appropriate for vibration service
0.5 – 1.0 มม. (เจียรเรียบ)3.5 – 4.5 10 – 50× 1.5 มม. ยอมรับได้สำหรับการสั่นสะเทือนปานกลาง
1.0 – 2.0 มม. (โค้งมน) 2.5 – 3.5 200 – 1,000× 1.2 – 1.5 มม. เหมาะสำหรับเครื่องขัดส่วนใหญ่
2.0 – 3.0 มม. (เนื้อสันกว้าง) 2.0 – 2.5 2,000 – 10,000× 1.0 – 1.2 มม. ดีเยี่ยม ช่วยให้ผนังบางลงได้ 3.0 มม. (เนื้อเนื้อใหญ่มาก)<2.0 >50,000× 1.0 มม. เหมาะสมที่สุดแต่ใช้งานไม่ได้
การเชื่อมฟิเลต์ขนาดใหญ่ (r มากกว่าหรือเท่ากับ 2 มม.) ช่วยยืดอายุความล้าได้อย่างมาก และช่วยให้ใช้ผนังที่บางลงได้ (1.0–1.2 มม.) รัศมีของเนื้อมีความสำคัญมากกว่าความหนาของผนังในการต้านทานความล้า

เชื่อมนอกแนวเชื่อม: การเจียรและ-การรักษารอยเชื่อม
หากไม่สามารถบรรลุรัศมีเนื้อกว้างตามที่ต้องการในการเชื่อม (ไม่ว่าจะด้วยตำแหน่งหรือการเข้าถึง) คุณสามารถรับประโยชน์จากความล้าที่เทียบเท่าได้โดยการเจียรส่วนเชื่อมให้เป็นรูปร่างที่เรียบโดยมีรัศมีอย่างน้อย 1.5 มม. การเจียรควรทำโดยใช้วัสดุขัดละเอียด (120 กรวดหรือละเอียดกว่า) จากนั้นขัดให้เงาเพื่อลบรอยเจียร การบำบัดด้วย TIG หลังการเชื่อม- (การ-หลอมส่วนเชื่อมโดยไม่ใช้โลหะเติม) ยังช่วยลดความเข้มข้นของความเค้นโดยให้การเปลี่ยนแปลงที่ราบรื่น วิธีการนี้สามารถยืดอายุความล้าได้ 5–10 เท่าด้วยรูปทรงการเชื่อมแบบเดิม การขัดแบบยิงหรือการขัดด้วยเข็มที่หัวเชื่อมจะทำให้เกิดความเค้นตกค้างจากแรงอัด ซึ่งช่วยยืดอายุความเมื่อยล้าให้ดียิ่งขึ้น

สรุป: รัศมีเนื้อที่กว้าง (มากกว่าหรือเท่ากับ 2 มม.) ทำให้มีการออกแบบผนังที่บาง-สำหรับบริการสั่นสะเทือน
อายุการใช้งานความล้าขององค์ประกอบความร้อนไทเทเนียมในตัวฟอกสารเคมีขนาดใหญ่ที่สัมผัสกับการไหล-การสั่นสะเทือนที่เกิดจากการไหลนั้นขึ้นอยู่กับรัศมีของรอยเชื่อมเนื้อที่หน้าแปลนติดตั้งอย่างมาก หากส่วนเชื่อมมีความคม (r < 0.5 มม.) ปัจจัยความเข้มข้นของความเค้นจะเป็น 5-6 และความล้าจะเกิดขึ้นภายในไม่กี่เดือนโดยไม่คำนึงถึงความหนาของผนัง รัศมีเนื้อฟันกว้าง (r มากกว่าหรือเท่ากับ 2 มม.) นำไปสู่ปัจจัยความเข้มข้นของความเครียดที่ 2.0–2.5 ดังนั้นจึงยืดอายุความเมื่อยล้าได้ 2,000–10,000 เท่า และช่วยให้ผนังบางลง (1.0–1.2 มม.) ข้อมูลจำเพาะที่ได้รับการอนุมัติคือการเชื่อมฟิเลที่มีรัศมีปลายนิ้วเท้าขั้นต่ำ 2 มม. (กราวด์หรือแบบมีการตกแต่ง) จับคู่กับความหนาของผนังเปลือกไทเทเนียม 1.2 มม. แจ้งขนาดและความถี่การสั่นสะเทือนโดยประมาณแก่ผู้ผลิตเพื่อตรวจสอบรูปทรงการเชื่อมที่ต้องการ ความหนาของผนังเป็นตัวแปรรอง พารามิเตอร์การออกแบบสำหรับอายุการใช้งานความล้าในหน้าที่เครื่องฟอกที่มีการสั่นสะเทือนสูงคือรัศมีรอยเชื่อม