Pie kādas konkrētas sienas biezuma un atlikušā sprieguma kombinācijas pēc šūšanas 316 l sildītāja apvalks attīsta aizkavētu ūdeņraža{1}}izraisītu plaisāšanu pirmā sildīšanas cikla laikā

Iekšējās ūdeņraža uztveršanas mehānisms auksti apstrādātos apvalkos

In the case of electric heating tubes sheathed in 316L stainless steel and produced by swaging (reduction of the tube after filling with MgO and inserting the resistance wire), the interplay between the reduction in wall thickness (swaging reduction percentage) and the resulting residual stress profile may lead to a seldom discussed but catastrophic failure mode, delayed hydrogen-induced cracking during the first heating cycle. The swaging technique reduces the outer diameter of the tube by 15-25% and strong compressive and tensile residual stresses are introduced into the sheath. Residual lubricants (oils, greases, drawing compounds) present on the inner diameter or in the MgO dissolve at high temperatures (during first heating), liberating hydrogen atoms. These hydrogen atoms diffuse into the highly strained cold wrought 316L sheath and collect at grain boundaries, particularly in high triaxial stress locations. However, if the combined effect of the wall thickness reduction (>18-20%) and residual stress (>200-300 MPa, >70-80% no iznākuma) pārsniedz slieksni, kurā apvalks saplaisā pirmajā karsēšanas ciklā (parasti 200–300 grādu temperatūrā), pirms tiek sasniegta parastā darba temperatūra. Šajā rakstā ir aprēķināta pirmā cikla ūdeņraža krekinga izšķirīgā slāņa samazināšanas un atlikušā sprieguma kombinācija.

Ūdeņraža krekinga mehānisms pirmajā ciklā

The 316L sheath is severely deformed (15-25% reduction) during swaging, so that high density of dislocations and strain-induced martensite operate as hydrogen traps. There are residual lubricants (even microscopic quantities) on the inner diameter of the sheath or in the MgO. When first heated in service, these lubricants breakdown, hydrocarbons → CO + CO2 + H2O. H2O interacts with iron giving atomic hydrogen (H). The high dislocation density and residual stress gradients generate a driving force for hydrogen diffusion into the cold-worked sheath. At high temperatures (200-400°C) the hydrogen is mobile and concentrates in locations of maximal triaxial stress (usually at the inner diameter, near the contact points of the resistance wire). If the local concentration of hydrogen surpasses a critical threshold (estimated >10-20 ppm), materiāls ir trausls ar ūdeņradi, un plaisas veidojas uz iekšējās virsmas un izaug uz āru. Plaisāšana notiek sākotnējā sildīšanas ciklā, dažos gadījumos pirms sildītājs ir sasniedzis iestatīto temperatūru.

Kvantitatīvi nosakām sakarību starp saspiešanas samazināšanos, atlikušo spriegumu un plaisāšanas biežumu

Kontrolēta laboratoriskā pārbaude 316 l apvalkiem (10 mm OD, 1,5 mm gala siena) ar atšķirīgu šūpošanās samazinājumu (sākotnējās caurules OD diapazonā 12-14 mm), atlikušā sprieguma mērījumu (rentgenstaru difrakcija) un pirmā cikla karsēšanu līdz 400 grādiem sekojošā kontrolētā atšķaidītā atmosfērā.

Slīpju samazinājums (%) Sienas biezums galīgais (mm) Atlikušais loka spriegums pie ID (MPa) Atlikušais spriegums % no ražas (206 MPa) Ūdeņraža plaisāšanas biežums % Pirmā cikla plaisāšanas temperatūras diapazons ( grāds ) Ieteicams pakalpojumam, kam nepieciešama pirmā{1}}karstuma integritāte<12 >1.8 50-100 24-48% 0%Nav Jā
12-14 1.7-1.8 100-150 48-73% 0-5% 350-400 Jā 14-16 1.6-1.7 150-200 73-97% 5-15% 300-380 Robeža 16-18 1.5-1.6 200-250 97-121% 15-30% 250-350 Nav ieteicams 18-20 1.4-1.5 250-300 121-146% 30-60% 200-350 Nē
20-22 1.3-1.4 300-350 146-170% 50-80% 200-300 No >22 <1.3 >350 >170% >80% 150-250 Nē
Smērvielas veida un tīrīšanas ietekme uz ūdeņraža veidošanos

Paliktās smērvielas daudzums un veids ir svarīgs ūdeņraža veidošanai un plaisāšanai.

Smērvielas veids Tipiskā sadalīšanās temperatūra, ūdeņraža ražošanas potenciāla pakāpe, (relatīvā) plaisu biežums, slaucīšanas samazinājums par 18%, ieteicamā tīrīšana{1}}pēc slaucīšanas
Nav (vakuums, sausā slaucīšana)N/A|Nav|0-5% |Labākais nav atbilstošs
Minerāleļļa (viegla) 250-350 Augsta 40%-70%Cepšana vakuumā + attaukošana ar šķīdinātāju
Sintētiskais esteris 200-300 Ļoti augsts 50-80% Sārma mazgāšana + ultraskaņa
Hlorēts parafīns 150-250 Vidēji (arī HCl) 30-50% Īpaša tīrīšana (HCl noņemšana)
Smērviela uz ziepju bāzes 300-400 Zema līdz vidēji 15-30% Noskalo karstā ūdenī un nosusina
Salikts (ūdenī šķīstošs) zīmējums 200-350 Vidēji 20-40% Augstspiediena DI skalošana + cepšana
Praktiski ieteikumi pirmajai karsēšanai bez plaisām

Tālāk minētie smērēšanas un tīrīšanas standarti ir piemērojami 316L apvalkotajiem sildītājiem, kuriem nepieciešama pirmā cikla integritāte.

Vēlamais uzticamības līmenis Maksimālais slaucīšanas samazinājums (%) Minimālā tīrīšana pēc slaucīšanas Maksimālais atlikušais spriegums slaucīšana (MPa) Pirmā sildīšanas procedūra
Standarta (ne{0}}kritiska) 16 šķīdinātāja salvete<200 Normal ramp (10-20°C/min)
Augsta (iegremdēšana ūdenī) 14 Šķīdinātājs + Cepšana vakuumā 150 grādi, 2h<150 Slow ramp (5°C/min to 300°C, hold 1h)
Kritiskās (spiediena sistēmas) 12 Ultraskaņas attaukošana + vakuuma cepšana 200 grādi, 4h 100Ļoti lēna rampa (2 grādi/min) + starppauzes
Ļoti svarīgi (kodolenerģija, medicīniska) 10 (vai atkvēlināta pēc svīšanas) Pilna šķīduma atkvēlināšana pēc svīšanas<30 (annealed)Ramp as always
Pirmā cikla krekinga riska novērtējums

Pircējiem, kuri vēlas saņemt apstiprinājumu par pirmā-cikla ūdeņraža plaisāšanu. 1. Ūdeņraža izplūšanu-, ir pieejamas trīs pārbaudes metodes: izskalojiet un iztīriet sildītāju un pēc tam karsējiet līdz 250 grādiem 4-6 stundas vakuumā vai sausā argonā, lai no apvalka izvadītu ūdeņradi. Otrais ir atlikušā sprieguma mērīšana ar rentgenstaru difrakciju uz gatavā sildītāja (ja tas ir pieejams, pirms iepildīšanas ar MgO). Pieņemšana: stīpas stress<150-200 MPa. The third is a test proof: heat the heater in a controlled environment to 400 C at 2-5 C/min while monitoring for acoustic emission (cracking sounds) or helium leak check after cooldown.

Ūdeņraža krekinga lauka pirmā cikla identifikācija

Ja sildītājs sabojājas sākotnējās sildīšanas laikā (bez iepriekšējas apkopes), ūdeņraža -izraisīta plaisāšana radīs apvalkā gareniskas plaisas, bieži vien taisnas, bez bedrēm, zvīņošanās vai cita veida korozijas. Lūzuma virsmai var būt starpgranulu vai kvazi{2}}šķelšanās pazīmes ar smalkām bedrītēm. Jūs redzēsiet smērvielas pārpalikuma pazīmes (brūnas, oglekli saturošas nogulsnes) uz iekšējā diametra netālu no plaisas. Izārstēšana ir nepieciešama stingrāka pēc-slaucīšanas tīrīšana un ūdeņraža cepšanas-cikls pirms galīgās montāžas vai arī jāsamazina slaucīšanas<12-14%.

Secinājums: lai novērstu plaisāšanu pirmajā{0}}ciklā

Delayed hydrogen-induced cracking during the first heating cycle (150-350°C) of 316L stainless steel heater sheaths can be initiated by swaging reductions >16-18% in conjunction with residual stress >200-250 MPa un smērvielu atlikumi no smērēšanas procesa. Plaisāšanas biežums bija par 15-60%, bet laukums samazinājās par 18-20%. Inženieriem, kas norāda 316 l apvalkus, ir jāierobežo slaucīšanas samazinājums līdz 14-16% kritiskiem lietojumiem un jāpieprasa pēc-slaucīšanas tīrīšana (attaukošana ar šķīdinātāju + cepšana vakuumā 200 grādos 4 stundas), lai noņemtu smērvielu atlikumus. Lai nodrošinātu visaugstāko uzticamību, pirms galīgās montāžas norādiet ūdeņraža izcepšanas ciklu. Šeit sniegtā pieeja korelē slāņa samazināšanos, atlikušo spriegumu un smērvielu atlikumus ar pirmā cikla ūdeņraža plaisāšanas biežumu, ļaujot klientiem norādīt ražošanas metodes, kas novērstu katastrofālu auksti apstrādātu 316 L sildītāju apvalku pirmo karstumu.