Hogyan érik el az additív gyártású duplex rozsdamentes acélcsövek az optimalizált falvastagság-profilokat?

A legrosszabb-eseti feszültségi pontnak megfelelően a hőcserélő csövet általában ugyanolyan falvastagsággal húzzák a végétől a végéig. Ezt a korlátot az additív gyártás kiküszöböli, amely lehetővé teszi egy vastagabb falú duplex rozsdamentes acélcső nyomtatását a csőlemez közelében, ahol a feszültségek koncentrálódnak, és egy borotvavékony falat a közepén, ahol csak a nyomás visszatartása fontos, így a hőteljesítmény minden darabját kinyomja. A tengeri platformokhoz, vegyi üzemekhez és űrrepüléshez használt kisméretű, nagy hatékonyságú hőcserélők kialakítása megváltozik, mivel a falvastagság a cső teljes hosszában állítható.

A hagyományos korlátozás: állandó falvastagság az egészben
A hagyományos duplex rozsdamentes acélcsövek (például 2205 és 2507) hengereléssel, húzással vagy extrudálással készülnek. Ezek az eljárások ugyanolyan vastag falú csöveket eredményeznek. A falvastagság meghatározásához a maximális feszültség helye-jellemzően a csővégeket, ahol a csövet a csőlemezbe hengerelték vagy belehegesztik, vagy ahol a hajlítási feszültségek a legerősebbek{5}}. A cső középső része ezért túl van-, hogy a nyomást tisztán elzárják. A súlyt, a költségeket és a hőállóságot mind növeli a fémtöbblet. Az egyenletesen vastag cső csökkenti a hatékonyságot, mivel a hőátadás a csőfalon fordítottan arányos a vastagsággal (adott anyag- és folyadékviszonyok esetén).

Változó falvastagságú profilok: az additív gyártási megoldás
A lézerporágy-fúziót (LPBF) az additív gyártásban használják a duplex rozsdamentes acélcsövek optimális kialakítására. Rétegről rétegre a duplex rozsdamentes acél finom port (például UNS S31803 vagy S32750) szelektíven olvasztja meg egy nagy teljesítményű lézer. Az eljárás egy három-számítógépes-tervezési (CAD) modellen alapul, amely meghatározza a cső belső átmérőjét, külső átmérőjét és tengelyváltozatait. A falvastagság a hagyományos technikákkal ellentétben folyamatosan változtatható.

Az általános optimalizálási technikák a következőkből állnak:

Vastagabb végek: Több fémréteget kell felhordani a cső első 50-100 mm-ére mindkét vég közelében, ahol az érintkezik a csőlemezzel, növelve a falvastagságot. Ez a megerősített zóna kezeli a hengerlésből, tágulásból, vibrációból és hajlítási nyomatékokból eredő nagy helyi feszültségeket.

Vékonyabb középső rész: A nyomástervezési kódnak (például ASME VIII. szakasz, 1. vagy 2. osztály) betartásához szükséges minimális vastagság a középső részre van nyomtatva, amely kizárólag a belső nyomás miatti karikafeszültséget szenvedi el. Az azonos anyagú és nyomású hagyományos húzott csőhöz képest ez a közepe néha 30-50%-kal vékonyabb.

Fokozatos átmenet: A gyors lépésben bekövetkező feszültségkoncentráció elkerülése érdekében a falvastagság változását egy rövid távolságra (pl. 20-30 mm) szűkítjük.

A végtermék funkcionálisan besorolt ​​alkatrész, a fém gondosan elhelyezve, ahol javítja a mechanikai integritást, és kiiktatva ott, ahol csak növeli a súlyt és a hőállóságot.

Fokozott hőátbocsátás és csökkentett tömeg
A változó{0}}fal megközelítésnek két mérhető előnye van:

Javított teljes hőátbocsátási tényező (U): A vékonyabb csőfal csökkenti a vezetőképességi ellenállást azonos belső és külső folyadékkörülmények között. A duplex rozsdamentes acél hővezető képessége nagyjából 15-17 W/m·K. A vezető hőellenállás körülbelül 40%-kal csökken, ha a falvastagságot 2,0 mm-ről 1,2 mm-re csökkentik (40%-os csökkenés), ami észrevehetően (általában 10–15%-kal) növeli a teljes U-értéket a film együtthatóitól függően.

Súlycsökkentés: Egy hosszú cső vékony{0}}falú közepe (pl. 6 m) teszi ki hosszának nagy részét. Egy hasonló, hagyományosan húzott, homogén vastagságú, azonos végterhelésre készült cső összességében 25-40%-kal nagyobb tömegű lehet, mint egy additív építésű cső. Offshore platformok és űrhajózási alkalmazások esetében, ahol minden kilogramm számít, a több száz csőből álló hőcserélő-köteg halmozott súlymegtakarítása jelentős.

Az additív gyártás kohászati ​​előnyei a Duplex számára
A duplex rozsdamentes acél LPBF által előállított mikroszerkezete jelentősen eltér a kovácsolt anyagétól. Az ausztenit és ferrit rendkívül finom, egyenletes, gyakran mikrométeres vagy szubmikrométeres szemcseméretű keveréke jön létre a rendkívül gyors megszilárdulással (10 fok/s hűtési sebességig). Ez a remek szerkezet a következőket kínálja:

nagyobb folyáshatár (általában 20–30%-kal magasabb, mint a megmunkált egyenértékek a mint-nyomtatott állapotban).

erős ütésállóság megfelelő hőkezeléssel.

minimális ötvözőelem szegregáció, ami csökkenti az intermetallikus fázis kialakulásának lehetőségét a nyomtatás során.

Azonban a legtöbb additív építésű duplex alkatrésznek utólagos izzításra és hűtésre van szüksége a fázisegyensúly és a korrózióállóság elérése érdekében. A hőkezelés normál ciklusa a következő:

Melegítse 1050-1100 fokra, fokozattól függően.

Tartsa rövid ideig (például 30 percig minden 25 mm-es szelvényvastagsághoz).

A szigmafázis és más intermetallikus anyagok kicsapódásának megelőzése érdekében gyorsan hűtse le vízzel vagy gázzal.

Az additív módon előállított duplex rozsdamentes acél megfelelő hőkezelést követően egyezik vagy meghaladja a kovácsolt acél lyukasztási ellenállását (PREN > 40 szuperduplex esetén).

A felületkezelés hatása a teljesítményre
Ennek az érdességnek két egymásnak ellentmondó hatása van: