Vật liệu hợp kim titan có xu hướng bị biến dạng rão chậm không thể phục hồi dưới nhiệt độ cao-trong thời gian dài và tải trọng kéo hoặc uốn kéo dài. Các ống gia nhiệt titan bị hạn chế bởi các thiết bị cố định, áp suất trung bình bên trong và tải nhiệt liên tục sẽ dần dần tạo ra độ lệch uốn, độ giãn dài trục và biến dạng hình dạng. Biến dạng từ biến nghiêm trọng dẫn đến hỏng mặt bích, nứt mối hàn và làm mỏng lớp tường cục bộ. Biến dạng như vậy tích tụ chậm trong một thời gian dài và khó phát hiện khi kiểm tra định kỳ, nguyên nhân là do hư hỏng cấu trúc tiềm ẩn của thiết bị trao đổi nhiệt titan.
1. Cơ chế tiến hóa leo kính hiển vi
Ở nhiệt độ sử dụng cao, chuyển động nhiệt của các nguyên tử kim loại tăng cường và sự sai lệch bên trong ma trận titan vượt qua lực cản ranh giới hạt và trải qua sự trượt liên tục dưới áp lực bên ngoài không đổi. Ngay cả khi ứng suất tác dụng thấp hơn cường độ chảy-nhiệt độ phòng của titan, việc duy trì nhiệt độ-cao trong thời gian dài sẽ gây ra hiện tượng trượt nhựa chậm trong các hạt và giữa các hạt. Biến dạng rão ban đầu rất nhỏ và có thể phục hồi được; khi thời gian sử dụng tích lũy, nó bước vào giai đoạn từ biến ổn định với biến dạng liên tục ổn định. Trong giai đoạn rão bậc ba, các lỗ rỗng vi mô tạo mầm, tập hợp và hợp nhất bên trong vật liệu để hình thành các vết nứt vi mô mở rộng, cuối cùng dẫn đến mất ổn định cấu trúc và gãy xương. Ứng suất dư khi gia công nguội và ứng suất khóa lắp ráp sẽ làm giảm đáng kể nhiệt độ ngưỡng và ứng suất tới hạn đối với quá trình bắt đầu từ biến của phôi titan.
2. Các vị trí điển hình dễ bị biến dạng dây leo titan
Các phần uốn hình chữ U-có ứng suất dư hình thành chồng lên tải nhiệt dài hạn-;
Nhiều đoạn ống thẳng được kẹp chặt không có phụ cấp giãn nở nhiệt dành riêng;
Các mối hàn chịu áp suất bên trong kéo dài và ứng suất nhiệt xen kẽ;
Đầu ống đúc hẫng không có kết cấu đỡ, dễ bị uốn cong xuống;
Các bộ phận kết nối mặt bích dưới lực siết trước-bu lông không đổi trong môi trường nhiệt độ-cao.
3. Các yếu tố chính thúc đẩy tăng tốc sát thương của Creep
Nhiệt độ hoạt động gần bằng hoặc vượt quá-nhiệt độ sử dụng lâu dài cho phép của vật liệu titan;
Lực siết trước{0}} quá mức của cụm lắp ráp và các giá đỡ hạn chế cứng nhắc khóa biến dạng nhiệt;
Thiết kế đúc hẫng quá dài và không đủ điểm đỡ trong bố trí kết cấu;
Vật liệu titan thô có cấu trúc hạt thô và nhiều tạp chất bên trong làm giảm khả năng chống rão;
-Sản xuất quanh năm không bị gián đoạn mà không cần ngừng hoạt động định kỳ để giảm căng thẳng.
4. Các biện pháp kỹ thuật kiểm soát và ngăn chặn liên kết đầy đủ-
① Tối ưu hóa bố cục hỗ trợ để giảm bớt ràng buộc và chiều dài đúc hẫng
Rút ngắn khoảng cách đúc hẫng, sử dụng các giá đỡ di động trượt để dự trữ khe hở giãn nở và loại bỏ ứng suất nhiệt bị khóa cứng.
② Chuẩn hóa mô-men xoắn buộc chặt để tránh nén quá-
Sử dụng cờ lê lực để xác định phạm vi siết bu lông; thêm vòng đệm lò xo để bù lại biến dạng co ngót nhiệt.
③ Đặt giới hạn nhiệt độ trên để vận hành liên tục
Cấm hoạt động lâu dài-gần giới hạn nhiệt độ vật liệu; trang bị bảo vệ khóa liên động quá nhiệt để cắt nguồn điện sưởi ấm.
④ Loại bỏ ứng suất dư thông qua quá trình ủ hình thành-
Thực hiện xử lý nhiệt giảm ứng suất sau khi uốn và hàn để giải phóng ứng suất xử lý và cải thiện hiệu suất chống rão của bề mặt.
⑤ Chọn cấp độ-titan titan chịu nhiệt độ cao cho điều kiện làm việc khắc nghiệt
Chuyển sang hợp kim titan ổn định với cấu trúc hạt được tối ưu hóa cho các trường hợp yêu cầu hoạt động liên tục ở nhiệt độ cao{0}}.
5. Bảng so sánh hiệu quả phòng ngừa
表格
| Chế độ thiết kế & vận hành | Nguy cơ biến dạng leo | Kế hoạch ứng dụng được đề xuất |
|---|---|---|
| Công xôn dài + cố định hoàn toàn cứng nhắc + vận hành ở nhiệt độ cao-cao-trong thời gian dài | Nguy cơ biến dạng uốn và nứt mối hàn cao | Sửa đổi cấu trúc hỗ trợ và thêm không gian mở rộng |
| Hỗ trợ trượt + điều khiển mô-men xoắn + ủ giảm căng thẳng | Hạn chế hiệu quả biến dạng leo không thể đảo ngược | Đặc điểm kỹ thuật thiết kế tiêu chuẩn cho ống sưởi titan |
| Vật liệu titan chịu nhiệt- + bảo trì tắt máy thường xuyên | Xu hướng thay đổi chiều vĩnh viễn tối thiểu | Sơ đồ ưu tiên sản xuất không bị gián đoạn ở nhiệt độ cao- |
Phần kết luận
Lỗi leo của ống gia nhiệt bằng titan bắt nguồn từ hiện tượng trượt lệch vị trí không thể đảo ngược và hư hỏng khoảng trống bên trong do ứng suất kéo dài và nhiệt độ cao. Ý tưởng phòng ngừa cốt lõi là giảm ứng suất giới hạn cứng, dành không gian cho sự giãn nở nhiệt tự do, loại bỏ ứng suất dư ban đầu của phôi và chọn vật liệu nền chịu nhiệt-phù hợp theo điều kiện nhiệt độ. Thiết kế cấu trúc khoa học và quy trình vận hành được tiêu chuẩn hóa có thể ngăn ngừa hiệu quả các tai nạn biến dạng và đứt gãy vĩnh viễn do hiện tượng rão nhiệt độ-cao gây ra.
