Како адитивно произведене дуплекс цеви од нерђајућег челика постижу оптимизоване профиле дебљине зида?

У складу са најгорем{0}}тачком напрезања, цев измењивача топлоте се обично извлачи са истом дебљином зида од краја до краја. Ово ограничење је елиминисано адитивном производњом, која омогућава штампање дуплекс цеви од нерђајућег челика са дебљим зидом близу цевног листа, где су концентрисани напони, и танким зидом- у центру, где је важно само задржавање притиска, истискујући сваки последњи део топлотних перформанси. Дизајн малих, -ефикасних измењивача топлоте за платформе на мору, хемијска постројења и примене у ваздухопловству се мења због могућности подешавања дебљине зида по целој дужини цеви.

Традиционално ограничење: Конзистентна дебљина зида
Традиционалне дуплекс цеви од нерђајућег челика (као што су 2205 и 2507) се праве ваљањем, извлачењем или екструзијом. Ови поступци резултирају цевима са зидовима исте дебљине. Локација максималног напрезања-обично завршава цеви, где је цев умотана или заварена у цев, или где су напони савијања најјачи-се користи за одређивање дебљине зида. Средишњи део цеви је стога преко-дизајниран за задржавање чистог притиска. Тежина, трошак и топлотна отпорност се повећавају вишком метала. Уједначено дебела цев смањује ефикасност јер је пренос топлоте преко зида цеви обрнуто повезан са дебљином (за дати материјал и услове флуида).

Профили променљиве дебљине зида: решење за адитивну производњу
Ласерско спајање праха (ЛПБФ) се користи у производњи адитива за стварање оптималног дизајна за дуплекс цеви од нерђајућег челика. Слој по слој, фини прах од дуплекс нерђајућег челика (као што је УНС С31803 или С32750) се селективно топи ласером велике{3}}сине. Процедура је заснована на тродимензионалном моделу пројектовања помоћу рачунара- (ЦАД) који одређује унутрашњи пречник, спољашњи пречник и варијације осе. Дебљина зида се може континуирано мењати, за разлику од традиционалних техника.

Уобичајене технике оптимизације се састоје од:

Дебљи крајеви: Више слојева метала се наноси на првих 50–100 мм цеви близу сваког краја, где долази у контакт са цевним лимом, повећавајући дебљину зида. Ова ојачана зона управља високим локалним напонима од котрљања, ширења, вибрација и савијања.

Тањи средњи пресек: Минимална дебљина потребна да би се ускладила са кодом за пројектовање притиска (као што је АСМЕ Секција ВИИИ, Дивизија 1 или 2) је одштампана у средњем делу, који трпи само напрезање обруча од унутрашњег притиска. У поређењу са традиционалном извученом цеви од истог материјала и притиска, ова средина је понекад 30–50% тања.

Постепени прелаз: Да би се спречила концентрација напона у брзом кораку, промена дебљине зида се сужава на краткој удаљености (нпр. 20–30 мм).

Крајњи производ је функционално класификована компонента, са металом пажљиво постављеним тамо где побољшава механички интегритет и елиминисаним тамо где само додаје тежину и отпорност на топлоту.

Побољшан пренос топлоте и смањена маса
Постоје две мерљиве предности приступа променљивог{0}}зида:

Побољшан укупни коефицијент преноса топлоте (У): Тањи зид цеви смањује отпор проводљивости под истим унутрашњим и спољашњим условима флуида. Дуплексни нерђајући челик има топлотну проводљивост од отприлике 15–17 В/м·К. Проводни топлотни отпор се смањује за приближно 40% када се дебљина зида смањи са 2,0 мм на 1,2 мм (смањење од 40%), повећавајући укупну вредност У- за приметну маргину (обично 10–15%, у зависности од коефицијената филма).

Смањење тежине: центар са-танким зидовима дугачке цеви (нпр. 6 м) чини већину њене дужине. Упоредива конвенционално извучена цев са хомогеном дебљином направљена за иста крајња оптерећења може укупно тежити 25–40% више од адитивно изграђене цеви. За платформе на мору и апликације у ваздухопловству где је сваки килограм важан, кумулативна уштеда на тежини у пакету измењивача топлоте са стотинама цеви је значајна.

Металуршке предности адитивне производње за дуплекс
Микроструктура коју производи ЛПБФ дуплекс нерђајућег челика значајно се разликује од кованог материјала. Веома фина, уједначена комбинација аустенита и ферита, често са величином зрна у микрометарском или субмикрометарском опсегу, добија се изузетно брзим очвршћавањем (брзине хлађења до 10 степени/с). Ова изузетна структура може понудити:

већа граница повлачења (обично 20–30% већа од кованих еквивалената у -штампаном стању).

јака отпорност на удар уз одговарајућу термичку обраду.

минимална сегрегација легирајућих елемената, што смањује могућност развоја интерметалне фазе током штампе.

Међутим, већини адитивно изграђених дуплекс компоненти је потребно накнадно-жарење и гашење да би се постигла најбоља равнотежа фаза и отпорност на корозију. Уобичајени циклус топлотне обраде је:

Загрејати на 1050-1100 степени, у зависности од степена.

Држите кратак временски период (на пример, 30 минута за сваких 25 мм дебљине пресека).

Да бисте спречили таложење сигма фазе и других интерметала, брзо гасите водом или гасом.

Адитивно произведен дуплекс нерђајући челик одговара или превазилази отпорност на питтинг (ПРЕН > 40 за супер дуплекс) свог кованог парњака након одговарајуће топлотне обраде.

Утицај завршне обраде површине на перформансе
Постоје два супротстављена ефекта ове грубости: