Kā ar aditīvi ražotām nerūsējošā tērauda dupleksajām caurulēm tiek sasniegti optimizēti sienas biezuma profili?

Saskaņā ar sliktāko-gadījuma spriedzes punktu siltummaiņa caurule parasti tiek izvilkta ar vienādu sienas biezumu no gala līdz galam. Šo ierobežojumu novērš aditīvā ražošana, kas ļauj drukāt abpusēju nerūsējošā tērauda cauruli ar biezāku sienu tuvu caurules loksnei, kur koncentrējas spriegumi, un smalku-sienu centrā, kur svarīga ir tikai spiediena ierobežošana, izspiežot katru pēdējo siltuma veiktspēju. Mazo, augstas -efektivitātes siltummaiņu dizains ārzonas platformām, ķīmiskajām rūpnīcām un kosmosa lietojumiem mainās, jo ir iespējams pielāgot sieniņu biezumu visā caurules garumā.

Tradicionālais ierobežojums: nemainīgs sienas biezums visā
Tradicionālās dupleksās nerūsējošā tērauda caurules (piemēram, 2205 un 2507) tiek izgatavotas, velmējot, velkot vai presējot. Šo procedūru rezultātā tiek iegūtas caurules ar vienāda biezuma sienām. Sienas biezuma noteikšanai tiek izmantota maksimālā sprieguma atrašanās vieta-parasti caurules galos, kur caurule tiek velmēta vai metināta caurules loksnē vai kur lieces spriegumi ir spēcīgākie{5}}. Tāpēc caurules vidusdaļa ir-paredzēta tīram spiediena ierobežošanai. Svaru, izmaksas un termisko pretestību palielina metāla pārpalikums. Vienmērīgi bieza caurule samazina efektivitāti, jo siltuma pārnešana cauri caurules sieniņai ir apgriezti saistīta ar biezumu (konkrētiem materiāla un šķidruma apstākļiem).

Mainīga sienas biezuma profili: piedevu ražošanas risinājums
Lāzera pulvera slāņa saplūšana (LPBF) tiek izmantota piedevu ražošanā, lai radītu optimālu dizainu dupleksajām nerūsējošā tērauda caurulēm. Slānis pēc kārtas smalks dupleksā nerūsējošā tērauda pulveris (piemēram, UNS S31803 vai S32750) tiek selektīvi izkausēts ar lielas jaudas{3}}lāzeru. Procedūras pamatā ir trīsdimensiju datorizētas projektēšanas (CAD) modelis, kas nosaka caurules iekšējo diametru, ārējo diametru un asu variācijas. Pretstatā tradicionālajām metodēm sienu biezumu var pastāvīgi mainīt.

Izplatītākās optimizācijas metodes sastāv no:

Biezāki gali: vairāk metāla slāņu tiek uzklāti uz pirmajiem 50–100 mm caurules katra gala tuvumā, kur tā saskaras ar caurules loksni, palielinot sienas biezumu. Šī pastiprinātā zona pārvalda lielus lokālos spriegumus no velmēšanas, izplešanās, vibrācijas un lieces momentiem.

Plānāka vidusdaļa: minimālais biezums, kas nepieciešams, lai atbilstu spiediena projektēšanas kodam (piemēram, ASME VIII sadaļa, 1. vai 2. nodaļa), ir iespiests vidusdaļā, kas tikai cieš no iekšējā spiediena radītā stīpas spriedzes. Salīdzinot ar tradicionālo vilkto cauruli no tāda paša materiāla un spiediena reitinga, šis vidus dažreiz ir par 30–50% plānāks.

Pakāpeniska pāreja: lai novērstu stresa koncentrēšanos ātrā solī, sienas biezuma izmaiņas tiek samazinātas nelielā attālumā (piemēram, 20–30 mm).

Galaprodukts ir funkcionāli klasificēts komponents ar rūpīgi novietotu metālu, kur tas uzlabo mehānisko integritāti, un izslēgts, ja tas tikai palielina svaru un karstumizturību.

Uzlabota siltuma pārnese un samazināta masa
Mainīgai{0}}sienas pieejai ir divas izmērāmas priekšrocības:

Uzlabots kopējais siltuma pārneses koeficients (U): plānāka caurules siena pazemina vadītspējas pretestību tādos pašos iekšējās un ārējās šķidruma apstākļos. Dupleksā nerūsējošā tērauda siltumvadītspēja ir aptuveni 15–17 W/m·K. Vadošā siltuma pretestība tiek samazināta par aptuveni 40%, kad sienas biezums tiek samazināts no 2,0 mm līdz 1,2 mm (samazinājums par 40%), palielinot kopējo U-vērtību par ievērojamu rezervi (parasti par 10–15%, atkarībā no plēves koeficientiem).

Svara samazināšana: garas caurules (piem., 6 m) plānās{0}}sienas centrs veido lielāko daļu tās garuma. Salīdzināma, tradicionāli vilkta caurule ar viendabīgu biezumu, kas izgatavota vienādām gala slodzēm, kopumā var svērt par 25–40% vairāk nekā caurule, kas izgatavota ar piedevām. Jūras platformām un kosmosa lietojumiem, kur katrs kilograms ir svarīgs, kumulatīvs svara ietaupījums siltummaiņa komplektā ar simtiem cauruļu ir ievērojams.

Dupleksa piedevu ražošanas metalurģijas priekšrocības
LPBF ražotā dupleksā nerūsējošā tērauda mikrostruktūra būtiski atšķiras no kaltā materiāla mikrostruktūras. Ļoti smalka, viendabīga austenīta un ferīta kombinācija, bieži vien ar graudu izmēriem mikrometru vai submikrometru diapazonā, tiek iegūta ar īpaši ātru sacietēšanu (dzesēšanas ātrums līdz 10 grādiem / s). Šī izsmalcinātā struktūra var piedāvāt:

lielāka tecēšanas robeža (parasti par 20–30% lielāka nekā kaltas ekvivalentas drukātā stāvoklī).

spēcīga triecienizturība ar atbilstošu termisko apstrādi.

minimāla sakausējuma elementu segregācija, kas samazina intermetāliskās fāzes attīstības iespēju drukāšanas laikā.

Tomēr lielākajai daļai aditīvi veidoto duplekso komponentu ir nepieciešama pēc-apstrādes šķīduma atkausēšana un rūdīšana, lai iegūtu vislabāko fāzes līdzsvaru un izturību pret koroziju. Normāls termiskās apstrādes cikls ir:

Uzkarsē līdz 1050–1100 grādiem atkarībā no pakāpes.

Turiet īsu laiku (piemēram, 30 minūtes uz katriem 25 mm sekcijas biezuma).

Lai novērstu sigmas fāzes un citu intermetālisku elementu nogulsnēšanos, ātri atdzesējiet ar ūdeni vai gāzi.

Ar piedevām ražotais dupleksais nerūsējošais tērauds atbilst vai pārspēj tā kaltā līdzinieka pretestību (PREN > 40 superdupleksam) pēc atbilstošas ​​termiskās apstrādes.

Virsmas apdares ietekme uz veiktspēju
Šim nelīdzenumam ir divas pretrunīgas sekas: