Kā filejas metinājuma rādiuss pie titāna sildelementa montāžas atloka ietekmē apvalka noguruma ilgumu, ja tas ir pakļauts plūsmas{0}}izraisītai vibrācijai lielā ķīmiskā skruberā?

Pamatatlaide{0}}filletmetinājuma dizainam augstas-vibrācijas skruberiem
Titāna sildelementi tiek novietoti caur lielu ķīmisko skruberu trauku sieniņu, izmantojot atloku savienojumu. Visbūtiskāk noslogotā zona zem plūsmas izraisītas vibrācijas ir šuve starp titāna apvalku un montāžas atloku. Skrubera gāzes plūsma (5–15 m/s) izraisa virpuļu izdalīšanos un turbulenci, kas satricina konsoles sildītāja kūli. Mainīgais lieces spriegums ir koncentrēts pie metinājuma purngala. Sprieguma koncentrācijas koeficientu (SCF) kontrolē šuves rādiuss -ieliektā pāreja starp metinājuma virsmu un caurules virsmu. ass metināts pirksts (īss rādiuss,<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 mm) noved pie SCF 1,5–2,0. Sienas biezumam ir ietekme uz lieces stingrību un nominālo spriegumu, bet vissvarīgākais noguruma mūža mainīgais ir metinājuma rādiuss. Šajā pētījumā novērtēta šuves rādiusa ietekme uz noguruma kalpošanas laiku tipiskos skrubera vibrācijas apstākļos un sniegti dizaina ieteikumi.

Ietekme uz mehānisko integritāti Sprieguma koncentrāciju metinātajā pirkstā
Konsoles sildītājam ar garumu L ar šķērsvirziena spēku F (no plūsmas-izraisītās vibrācijas) nominālo lieces spriegumu fiksētajā galā (metināšanas punktā) aprēķina: σ_nom=(F × L) / (π × D² × t / 4) Vietējo spriegumu pie metinājuma purngala nosaka ar {σ}_local, kur {σ}_local K_t ir stresa koncentrācijas faktors. Filtrmetinājumam ar purngala rādiusu r un caurules sieniņu biezumu t, K t ~ 1 + 2 * (t/r)^0,5. Asai šuvei (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. Lielai šuvei (r=2.5 mm, t=1.5 mm) Kt=1 + 2 x=1.5 mm) Kt=1 + 2 x (1,5) x 2} {2} 5. fileja samazina vietējo stresu par vairāk nekā 50%.

Noguruma kalpošanas laiks (cikli līdz atteicei) ir norādīts ar Baskīna vienādojumu: N f=( σ f ' σ local ) 1 b kur b ≈ -0,12 titānam. Samazinot σ lokālo par koeficientu 2,2 (no 5,5 līdz 2,5 K t ), noguruma kalpošanas laiks palielinās aptuveni par koeficientu (2,2) (1/0,12)=(2,2) 8,3 ≈ 800 reizes. Sildītājs, kas nomirtu 1 mēneša laikā ar asu metinātu purngalu, ar lielu fileju varētu nodzīvot 800 mēnešus (66 gadus).

Metināšanas lieluma un siltuma pārneses ietekme uz termisko veiktspēju
Lielāks šķērsgriezuma rādiuss nodrošina vairāk metinājuma metāla (palielināts rīkles biezums), lai nodrošinātu lielāku siltuma vadīšanas kanālu no apvalka līdz atlokam. Tas palīdz siltumam nedaudz labāk izkliedēties no metināšanas vietas un novērš izolētu karsto punktu rašanos. Termiskais sods ir mazs. Tomēr ļoti liela fileja (r > 5 mm) var radīt traucējumus blakus esošajiem sildītājiem vai samazināt efektīvo uzkarsēto garumu.

Sintēzes maiņa-: metināšanas rādiusa un sienas biezuma mijiedarbība
Metinātās šuves rādiuss (mm) Sprieguma koncentrācijas koeficients (K_t, t=1.5mm) Paredzamais noguruma kalpošanas laiks (salīdzinājumā ar asu metināšanas pamatlīniju) Serdes inženierijas minimālais sienas biezuma pamatojums < 0,5 mm (asa kā -metināta) 5,0 – 6.0 1 × (baseline)<6 month life)Any (no advantage) Not appropriate for vibration service
0,5–1,0 mm (gluda slīpēšana)3,5–4.5 10–50 × 1,5 mm Pieņemama mērenai vibrācijai
1,0–2,0 mm (konturēts) 2,5–3.5 200–1000 × 1,2–1,5 mm Piemērots lielākajai daļai skruberu
2,0–3,0 mm (dāsna fileja) 2,0–2.5 2 000–10 000 × 1,0–1,2 mm Lieliski, pieļauj plānākas sienas 3,0 mm (īpaši liela fileja)<2.0 >50 000 × 1,0 mm Optimāli, bet nepraktiski
Liela šuve (r ir lielāka vai vienāda ar 2 mm) ievērojami uzlabo noguruma kalpošanas laiku un ļauj izmantot plānākas sienas (1,0–1,2 mm). Filejas rādiuss ir svarīgāks par sienas biezumu, lai izturētu nogurumu.

Metināšana ārpus šuves: slīpēšana un pēc{0}}metināšanas apstrāde
Ja metināšanas laikā nevar sasniegt vēlamo dāsnu filejas rādiusu (vai nu atrašanās vietas, ne piekļuves dēļ), līdzvērtīgu noguruma ieguvumu var iegūt, noslīpētot metināto šuves purngalu līdz gludai kontūrai ar vismaz 1,5 mm rādiusu. Slīpēšana jāveic ar smalku abrazīvu (120 graudainību vai smalkāku), pēc tam jānopulē, lai noņemtu slīpēšanas pēdas. Pēc-metināšanas TIG apstrāde (atkārtota-metinātās šuves kausēšana bez pildvielas) arī samazina sprieguma koncentrāciju, nodrošinot vienmērīgu pāreju. Šī pieeja var palielināt noguruma kalpošanas laiku par 5–10 ar sākotnējo metināšanas ģeometriju. Metinātā šuves purngala skrāpēšana ar adatu rada spiedes atlikušo spriegumu, kas vēl vairāk uzlabo noguruma kalpošanas laiku.

Secinājums: lielais filejas rādiuss (lielāks par vai vienāds ar 2 mm) nodrošina plānas -sienas dizainu vibrācijas pakalpojumam
Titāna sildelementa noguruma kalpošanas laiks lielā ķīmiskajā skruberī, kas pakļauts plūsmas -inducētai vibrācijai, ir ļoti atkarīgs no šuves rādiusa pie montāžas atloka. Ja metinātā šuve ir asa (r < 0,5 mm), sprieguma koncentrācijas koeficients ir 5-6, un noguruma atteice notiek dažu mēnešu laikā neatkarīgi no sienas biezuma. Plašs filejas rādiuss (r lielāks vai vienāds ar 2 mm) rada sprieguma koncentrācijas koeficientu 2,0–2,5, tādējādi pagarinot noguruma kalpošanas laiku 2000–10 000 reižu un pieļaujot plānākas sienas (1,0–1,2 mm). Apstiprinātā specifikācija ir šuves šuve ar minimālo purngala rādiusu 2 mm (slīpēta vai apstrādāta), kas savienota ar 1,2 mm biezu titāna apvalku. Sniedziet ražotājam aprēķināto vibrācijas amplitūdu un frekvenci, lai tas pārbaudītu vajadzīgo metinājuma ģeometriju. Sienas biezums ir sekundārs mainīgais lielums. Projektēšanas parametrs noguruma kalpošanas laikam augstas vibrācijas skrubera režīmā ir metinājuma šuves rādiuss.