Cum obțin țevile din oțel inoxidabil duplex fabricate aditiv profile optimizate cu grosimea peretelui?

În funcție de cel mai rău caz de tensiune-, un tub de schimbător de căldură este de obicei desenat cu aceeași grosime a peretelui de la un capăt la altul. Această limitare este eliminată prin fabricarea aditivă, care permite imprimarea unui tub duplex din oțel inoxidabil cu un perete mai gros aproape de foaia tubulară, unde tensiunile sunt concentrate, și un perete subțire-brici în centru, unde este importantă doar limitarea presiunii, strângând până la capăt performanța termică. Designul schimbătoarelor de căldură mici,-de înaltă eficiență pentru platforme offshore, fabrici chimice și aplicații aerospațiale se schimbă datorită capacității de a regla grosimea peretelui pe toată lungimea tubului.

Limitarea tradițională: grosimea constantă a peretelui pe tot parcursul
Tuburile tradiționale din oțel inoxidabil duplex (cum ar fi 2205 și 2507) sunt realizate prin laminare, trefilare sau extrudare. Aceste proceduri au ca rezultat tuburi cu pereți care au aceeași grosime peste tot. Locația tensiunii maxime-de obicei, capetele tubului, unde tubul este laminat sau sudat în foaia tubulară sau unde tensiunile de încovoiere sunt cele mai puternice-este utilizată pentru a determina grosimea peretelui. Prin urmare, secțiunea centrală a tubului este supra-proiectată pentru o reținere pură a presiunii. Greutatea, cheltuielile și rezistența termică sunt toate crescute de excesul de metal. Un tub uniform gros reduce eficiența deoarece transmiterea căldurii de-a lungul peretelui tubului este invers legată de grosime (pentru un anumit material și condiții de fluid).

Profiluri cu grosime variabilă a peretelui: soluția de producție aditivă
Fuziunea cu strat de pulbere laser (LPBF) este utilizată în fabricarea aditivă pentru a crea modele optime pentru tuburile duplex din oțel inoxidabil. Strat cu strat, pulberea fină de oțel inoxidabil duplex (cum ar fi UNS S31803 sau S32750) este topită selectiv de un laser de-putere mare. Procedura se bazează pe un model tridimensional de proiectare asistată de computer (CAD) care specifică diametrul interior, diametrul exterior și variațiile axei tubului. Grosimea peretelui poate fi schimbată continuu, spre deosebire de tehnicile tradiționale.

Tehnicile comune de optimizare constau în:

Capete mai groase: mai multe straturi de metal sunt aplicate pe primii 50–100 mm ai tubului în apropierea fiecărui capăt, unde acesta intră în contact cu foaia tubulară, crescând grosimea peretelui. Tensiunile locale ridicate de la rulare, expansiune, vibrații și momente de încovoiere sunt gestionate de această zonă armată.

Secțiunea mediană mai subțire: Grosimea minimă necesară pentru a se conforma codului de proiectare a presiunii (cum ar fi ASME Secțiunea VIII, Diviziunea 1 sau 2) este imprimată în zona din mijloc, care suferă doar stresul inelului din cauza presiunii interne. În comparație cu un tub tradițional tras din același material și presiune, acest mijloc este uneori cu 30-50% mai subțire.

Tranziție treptată: Pentru a preveni concentrarea tensiunii într-un pas rapid, modificarea grosimii peretelui este redusă pe o distanță scurtă (de exemplu, 20–30 mm).

Produsul final este o componentă gradată funcțional, cu metalul poziționat cu atenție unde sporește integritatea mecanică și eliminat acolo unde adaugă doar greutate și rezistență la căldură.

Transmitere îmbunătățită a căldurii și masă redusă
Există două avantaje măsurabile ale abordării-peretelui variabil:

Coeficient de transfer de căldură total îmbunătățit (U): Un perete tub mai subțire scade rezistența conductivă în aceleași condiții interne și externe de fluid. Oțelul inoxidabil duplex are o conductivitate termică de aproximativ 15–17 W/m·K. Rezistența termică conductivă este redusă cu aproximativ 40% atunci când grosimea peretelui este redusă de la 2,0 mm la 1,2 mm (o reducere de 40%), crescând valoarea totală a U-cu o marjă vizibilă (de obicei 10–15%, în funcție de coeficienții peliculei).

Reducerea greutății: centrul-pereților subțiri al unui tub lung (de exemplu, 6 m) reprezintă cea mai mare parte a lungimii acestuia. Un tub trasat convențional comparabil, cu grosime omogenă, realizat pentru aceleași sarcini de capăt, poate cântări cu 25-40% mai mult decât un tub construit aditiv. Pentru platformele offshore și aplicațiile aerospațiale în care fiecare kilogram contează, economiile de greutate cumulate într-un pachet de schimbător de căldură cu sute de tuburi este semnificativă.

Beneficiile metalurgice ale producției aditive pentru duplex
Microstructura produsă de LPBF din oțel inoxidabil duplex diferă semnificativ de cea a materialului forjat. O combinație extrem de fină, uniformă de austenită și ferită, frecvent cu granule de dimensiuni micrometrice sau submicrometrice, este produsă prin solidificarea extraordinar de rapidă (viteze de răcire de până la 10 grade/s). Această structură rafinată poate oferi:

limită de curgere mai mare (de obicei cu 20–30% mai mare decât echivalentele forjate în starea-tipărită).

rezistență puternică la impact cu tratament termic adecvat.

segregare minimă a elementelor de aliere, ceea ce reduce posibilitatea dezvoltării fazei intermetalice în timpul imprimării.

Cu toate acestea, majoritatea componentelor duplex construite aditiv au nevoie de o soluție post-proces de recoacere și de călire pentru a obține cel mai bun echilibru de fază și rezistență la coroziune. Ciclul normal de tratament termic este:

Se încălzește la 1050-1100 grade, în funcție de grad.

Țineți apăsat pentru o perioadă scurtă de timp (de exemplu, 30 de minute pentru fiecare 25 mm de grosime a secțiunii).

Pentru a preveni precipitarea fazei sigma și a altor substanțe intermetalice, stingeți rapid cu apă sau gaz.

Oțelul inoxidabil duplex produs în mod adițional se potrivește sau depășește rezistența la sâmburi (PREN > 40 pentru super duplex) a omologul său forjat după un tratament termic adecvat.

Efectul finisajului suprafeței asupra performanței
Există două efecte contradictorii ale acestei rugozități: