Cum afectează metoda de îndoire (dorn vs. compresie) a unui încălzitor cu tub în U-titan distribuția tensiunii reziduale la îndoire și, ulterior, rezistența acesteia la clorură-crăparea indusă într-o pompă de căldură marină?

Schimbul de bază-cu metodele de îndoire pentru încălzitoarele marine cu titan
Pompele de căldură marine folosesc încălzitoare cu tuburi U-titan scufundate în apă sărată sau saramură. Regiunea de îndoire a tubului U-este locația cea mai concentrată de solicitări și cea mai sensibilă la fisurarea prin coroziune cauzată de clorură (SCC). Două metode comune de îndoire au ca rezultat distribuții diferite ale tensiunii reziduale. Îndoirea dornului folosește un suport intern (dorn) pentru a urmări interiorul tubului în timpul îndoirii, rezultând o grosime netedă, constantă a peretelui și efort rezidual minim. Îndoirea prin compresie, cunoscută și sub denumirea de îndoire cu berbec, împinge tubul în jurul unei matrițe fixe fără niciun suport intern. Rezultatul este o secțiune transversală-aplatizată cu tensiuni de tracțiune reziduale mari pe raza exterioară sau extradoză. Aceste tulpini reziduale, în combinație cu expunerea la clorură la temperaturi ridicate (50-70 grade), pot provoca SCC. Această prezentare analizează cele două metode de îndoire și descrie de ce îndoirea dornului este preferată pentru serviciul maritim și modul în care grosimea peretelui afectează distribuția tensiunilor reziduale.

Impact asupra integrității mecanice: Tensiuni reziduale datorate îndoirii
Îndoirea dornului folosește un dorn intern care susține peretele tubului în timpul formării pentru a preveni slăbirea peretelui și pentru a menține circularitatea. Tensiunea de îndoire este uniformă de-a lungul secțiunii transversale a tubului. După îndoirea dornului, tensiunile reziduale sunt în general de ordinul 50–100 MPa (de tracțiune pe extrados și compresive pe intrados). Aceste tensiuni sunt sub pragul pentru inițierea SCC în titan în apa de mare (aproximativ 150-200 MPa). Regiunea îndoită prezintă încă rezistență la fisurarea indusă de clorură.

La îndoirea prin compresie (fără dorn) are loc o subțiere semnificativă a peretelui exterior al curbei (scăderea peretelui cu 10–20%), flambaj și poate și încrețire a peretelui interior. Efortul de tracțiune rezidual asupra extradosului poate fi de până la 200-300 MPa, aproape sau peste limita de curgere a titanului de gradul 2 (275 MPa). Tensiunile reziduale sunt peste pragul SCC. Ionii de clorură din apa sărată pot duce la fisuri la extradosul curbei într-o perioadă de 6-12 luni la 60 de grade. Fisurile cresc intergranular de-a lungul regiunii puternic tensionate care cauzează defectarea încălzitorului.

Performanță termică Impact Diluare perete și transfer de căldură
Îndoirea prin compresie duce la subțierea localizată a peretelui la extradosul de cot. Pentru un perete nominal de 1,2 mm, grosimea extradosului poate fi redusă la 0,9-1,0 mm prin îndoire prin compresie. Această porțiune mai subțire este puțin mai caldă (1-2 grade) decât secțiunile drepte pentru aceeași densitate de putere, ceea ce poate accelera coroziunea. Îndoirea dornului păstrează grosimea constantă a peretelui în cot, păstrând omogenitatea termică.

Sinteza avantajului-: tehnica de îndoire și grosimea peretelui
Metoda de îndoire Uniformitatea grosimii peretelui. Tensiuni reziduale la extrados (MPa) Risc SCC (apă de mare, 60 de grade) Grosimea peretelui recomandată Durata de viață (ani)
Compresie (memorie)Neuniformă (10-20% subțiere) 200-300 MPa Înaltă (crăpare în 6-12 luni)Orice (fără beneficii)<2 years
Recoacere prin compresie + detensionareNeuniformă 80-120 МПаScăzut (după recoacere) 1,5 mm (pentru a contracara subțierea) 5-8 ani
Mandrin (suport intern)Uniform (±5%) 50 – 100 MPaNiciunul (sub prag) 1,0-1,2 mm 10+ ani
Mandrin + electrolustruire Egal 40 – 80 MpaNiciun 1,0 mm 15+ ani
Combinația optimă de efort rezidual scăzut și rezistență SCC este obținută cu îndoirea dornului cu perete de 1,0-1,2 mm. Pentru îndoirea prin compresie în serviciu maritim, nu este permisă nicio recoacere post-îndoire, indiferent de grosimea peretelui.

Inginerie dincolo de metoda de îndoire: Recoacerea pentru eliberarea tensiunii
Acolo unde este necesară îndoirea prin compresie din cauza limitelor de producție, recoacere post-de reducere a tensiunii la îndoire (520 de grade timp de 45 de minute în atmosferă de argon) reduce stresul rezidual cu 60-80 %. Țevile U{-de compresie-coacete îndoite au tensiuni reziduale de 80-120 MPa, încă mai mari decât cele pentru îndoirea dornului, dar sub pragul SCC. Cu toate acestea, peretele se subțiază prin îndoirea la compresiune, prin urmare trebuie utilizat un perete nominal mai gros (1,5 mm) pentru a garanta o grosime adecvată la extrados după subțiere (grosimea rămasă=1.2–1,3 mm). Indoire prin compresie + recoacere + perete mai gros poate ajunge la 5-8 ani de functionare in pompele de caldura maritime, acceptabil dar nu excelent.

Concluzie: Îndoirea dornului este preferată pentru servicii maritime pentru grosimea peretelui de 1,0-1,2 mm.
Metoda de îndoire a unui încălzitor cu tub în U{0}}titan într-o pompă de căldură marină expusă la apă sărată la 60 de grade este esențială pentru distribuția tensiunii reziduale la îndoire și pentru rezistența la fisurarea-indusă de clorură. Îndoirea dornului (cu un suport intern) asigură o grosime omogenă a peretelui și solicitări reziduale scăzute (50–100 MPa) sub pragul SCC, permițând unui perete convențional de 1,0–1,2 mm să ofere 10+ ani de funcționare. Îndoirea prin compresie (fără dorn) duce la subțierea peretelui și la tensiuni reziduale mari (200–300 MPa) peste pragul SCC, provocând fisuri în 6–12 luni, indiferent de grosimea peretelui. Standardul recomandat este tubul de titan de gradul 2 îndoit cu dorn, grosimea peretelui de 1,0 până la 1,2 mm, finisaj de suprafață electrolustruit. Dacă este necesară îndoirea prin compresie, aveți nevoie de o recoacere post-de reducere a tensiunii de îndoire și de un perete mai gros (1,5 mm) pentru a compensa subțierea, dar vă așteptați la o durată de viață mai scurtă (5-8 ani). Dacă comandați încălzitoare cu tub în U pentru pompe de căldură maritime, specificați îndoirea dornului și solicitați dovada măsurării tensiunii reziduale (<100 MPa) in the bend region. Wall thickness is no substitute for good bending exercise.