Ovalnost cijevi nakon savijanja-odstupanje od savršenog kružnog poprečnog-presjeka-koncentrira toplinski tok na vrhu savijanja. Veća ovalnost (2% naspram . 0.5%) povećava lokalni toplinski tok za 10-25% zbog smanjene debljine zida na vanjskom radijusu. Veći toplotni tok podiže lokalnu temperaturu za 10-25 stepeni, ubrzavajući pucanje usled toplotnog zamora. Ovalnost od 0,5% je prihvatljiva za većinu primjena, dok ovalnost od 2% smanjuje vrijeme inkubacije za pucanje od termičkog zamora za 50-70%. Vrh savijanja je najranjivija lokacija jer doživljava i najveću ovalnost i najveći preostali napon od savijanja.

Mehanizam koncentracije{0}}indukovanog toplotnog fluksa ovalnosti

Kada je cijev savijena, vanjski radijus (extrados) doživljava stanjivanje zida, dok unutrašnji radijus (intrados) doživljava zadebljanje zida. Lokalna debljina zida na vrhu savijanja može se izračunati kao t_vrh=t_nominalni × (1 - 0.5 × ovalnost). Za nominalni zid od 1,5 mm sa ovalnošću od 2%, minimalna debljina zida na vrhu je 1,38–1,41 mm. Lokalni toplotni tok je obrnuto proporcionalan debljini zida: q_apex / q_nominal=t_nominal / t_apex. Lokalni porast temperature je ΔT_apex=q_apex × t_apex / k. Kombinovani efekat smanjene debljine i povećanog fluksa stvara vruću tačku na vrhu savijanja.

Kvantitativni ovalnost, toplotni tok i porast temperature

Za cijev OD 20 mm sa nominalnim zidom od 1,5 mm i 5D radijusom savijanja pri nominalnom toplotnom toku od 20 W/cm², uspostavljeni su sljedeći odnosi. Pri ovalnosti od 0% (savršena cijev), minimalni zid na vrhu savijanja je 1,50 mm, povećanje lokalnog toplotnog fluksa je 0%, a porast temperature na vrhu iznad pravog dijela je 0 stupnjeva. Pri ovalnosti od 0,5% minimalni zid je 1,47–1,49 mm, porast toplotnog fluksa je 2–5%, a porast temperature je 2–5 stepeni. Pri ovalnosti od 1,0% minimalni zid je 1,44–1,47 mm, porast je 5–10%, a porast temperature je 5–10 stepeni. Pri ovalnosti od 1,5% minimalni zid je 1,41–1,44 mm, porast je 10–15%, a porast temperature je 10–15 stepeni. Pri ovalnosti od 2,0% minimalni zid je 1,38–1,41 mm, porast je 15–25%, a porast temperature je 15–25 stepeni. Pri ovalnosti od 3,0% minimalni zid je 1,32–1,36 mm, porast je 25–40%, a porast temperature je 25–40 stepeni.

Vrijeme inkubacije toplinskog zamora kao funkcija ovalnosti

Ciklično testiranje sa temperaturnim kolebanjem od 100 stepeni (50 stepeni do 150 stepeni) tokom 10.000 ciklusa utvrdilo je sledeće cikluse za iniciranje pucanja za titanijum stepena 2. Pri ovalnosti od 0,5%, ciklusi do iniciranja pucanja su 8.000–12.000, a smanjenje vremena inkubacije u odnosu na ovalnost od 0% je osnovno. Pri ovalnosti od 1,0%, ciklusi su 5.000–8.000, a smanjenje je 30–40%. Pri ovalnosti od 1,5%, ciklusi su 3.000–5.000, a smanjenje je 50–60%. Pri ovalnosti od 2,0%, ciklusi su 2.000–3.500, a smanjenje je 65–70%. Pri ovalnosti od 3,0%, ciklusi su 1.000–2.000, a smanjenje je 80–85%.

Vodič za kontrolu ovalnosti i metode savijanja

Sledeća tabela daje maksimalnu dozvoljenu ovalnost za grejače sa titanijumskim omotačem na osnovu očekivanih termičkih ciklusa i preporučene metode savijanja.

Inženjering izvan kontrole ovalnosti

Klasa titanijuma utiče na otpornost na toplotni zamor. Stepen 7 ima sličnu osjetljivost na ovalnost, ali veću snagu unutarnjeg zamora, povećavajući cikluse do iniciranja pukotina za 20-30% za istu ovalnost. Razred 12 nudi srednja poboljšanja. Debljina zida utiče na porast nominalne temperature; deblji zid (2,0 mm) ima višu osnovnu liniju ΔT, ali je relativno povećanje od ovalnosti manje. Radijus savijanja takođe utiče na ovalnost; veći radijus savijanja (10D) proizvodi manje ovalnosti od uskog savijanja (3D). Žarenje za ublažavanje naprezanja nakon savijanja na 540 stepeni u trajanju od 30 minuta smanjuje zaostalo naprezanje, ali ne ispravlja ovalnost.

Izrada informirane specifikacije

For a titanium sheath heater with a bent section that will experience more than 5,000 thermal cycles, specify a maximum ovality of 1.0%. Require mandrel bending with internal support to achieve this ovality. Measure ovality at the bend apex using an optical comparator or a set of calipers at four angles. For high-cycle applications (>20.000 ciklusa), specificirajte ovalnost od 0,5% i savijanje rotirajućim izvlačenjem. Za postojeće grijače s ovalnošću većom od 1,5%, smanjite toplinski tok za 20% kako biste kompenzirali vruću tačku ili instalirajte raspršivač topline. Kontrolom ovalnosti ispod 1,0%, inženjer održava ujednačenu distribuciju toplotnog toka i produžava vijek trajanja termičkog zamora na vrhu savijanja.