ความหนาของผนังปลอกสแตนเลส 316 มีอิทธิพลต่อการกระจายความเค้นตกค้างหลังการ Swaging และผลกระทบต่ออายุความล้าจากการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมทางทะเลอย่างไร

สำหรับวิศวกรทางทะเลที่ระบุเครื่องทำความร้อนแบบจุ่มไฟฟ้าสำหรับแพลตฟอร์มนอกชายฝั่ง ระบบเรือ และโรงงานอุตสาหกรรมชายฝั่ง การรวมกันของการโหลดเชิงกลแบบไซคลิกและการกัดกร่อนของคลอไรด์ทำให้เกิดกลไกความล้มเหลวที่รุนแรงเป็นพิเศษที่เรียกว่าความล้าจากการกัดกร่อน ซึ่งแตกต่างจากความล้าบริสุทธิ์ในอากาศหรือการกัดกร่อนบริสุทธิ์ในสภาวะคงที่ ความล้าจากการกัดกร่อนทำให้เกิดการแตกร้าวที่แอมพลิจูดความเค้นต่ำลงอย่างมากและมีอายุการใช้งานสั้นลง ความเค้นตกค้างที่เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการตอกเสาเข็ม-ใช้ในการอัดฉนวนแมกนีเซียมออกไซด์รอบๆ ลวดต้านทาน- ทำปฏิกิริยากับแรงเค้นบริการเพื่อเร่งหรือชะลอการเติบโตของรอยแตกร้าว โดยขึ้นอยู่กับสัญลักษณ์และขนาด บทความนี้จะอธิบายว่าความหนาของผนังของปลอกสแตนเลส 316 ส่งผลต่อการกระจายความเค้นตกค้างหลังการแกว่งอย่างไร และความเครียดตกค้างเหล่านี้ปรับเปลี่ยนอายุการล้าจากการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมทางทะเลได้อย่างไร

การสร้างความเครียดตกค้างระหว่างการพันปลอก 316 อัน

เมื่อท่อสแตนเลส 316 ถูกพันจากเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ขึ้นไปจนถึงเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กลงรอบๆ แกนที่เติม MgO- กระบวนการจะทำให้เกิดรูปแบบความเค้นตกค้างที่มีลักษณะเฉพาะ พื้นผิวด้านนอกของเปลือกจะพบกับความเค้นตกค้างจากแรงอัด เนื่องจากแม่พิมพ์แบบ Swaging จะกระแทกวัสดุเข้าด้านใน ในขณะที่พื้นผิวด้านในจะพบกับความเค้นตกค้างจากแรงดึงเมื่อ MgO ที่ถูกอัดแน่นดันออกไปด้านนอกระหว่างการสปริงกลับแบบยืดหยุ่น ขนาดของความเค้นตกค้างเหล่านี้ขึ้นอยู่กับความหนาของผนังสัมพันธ์กับการลดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง สำหรับ-เปลือกผนังบาง-ต่ำกว่า 1.0 มม.- แรงเหวี่ยงจะทะลุเกือบความหนาของผนังทั้งหมด ทำให้เกิดความเค้นอัดสูงที่พื้นผิวด้านนอก (โดยทั่วไปคือ -200 ถึง -300 MPa) และความเค้นดึงปานกลางที่พื้นผิวด้านใน (+50 ถึง +100 MPa) สำหรับ-เปลือกที่มีผนังหนา-มากกว่า 1.8 มม.- แรงเหวี่ยงจะถูกดูดซับไว้ที่ชั้นนอกเป็นหลัก ทำให้เกิดความเค้นอัดสูงเฉพาะใกล้กับพื้นผิวด้านนอกเท่านั้น ในขณะที่ชั้นในไม่ได้รับผลกระทบแต่อย่างใด ความเค้นดึงที่พื้นผิวด้านในก็ลดลงเช่นกัน เนื่องจากการบดอัดของ MgO นั้นสมบูรณ์น้อยกว่า ดังที่อภิปรายไว้ในมาตรา 12 การวัดการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ของความเค้นตกค้างในปลอก 316 แบบ swaged ยืนยันความสัมพันธ์นี้ เปลือกผนัง 0.9 มม. แสดงความเค้นอัดที่พื้นผิว -280 MPa เปลือกผนัง 1.5 มม. แสดง -180 MPa เปลือกผนัง 2.0 มม. แสดงเพียง -120 MPa เปลือกที่บางกว่าจะกักเก็บแรงอัดที่เป็นประโยชน์มากกว่าที่พื้นผิวด้านนอก ซึ่งเป็นตำแหน่งที่มักเกิดรอยแตกเมื่อยล้าจากการกัดกร่อน

ความเค้นอัดที่ตกค้างช่วยชะลอการกัดกร่อน การเริ่มต้นรอยแตกร้าวจากความเหนื่อยล้าได้อย่างไร

การเริ่มต้นรอยแตกเมื่อยล้าจากการกัดกร่อนในเหล็กกล้าไร้สนิม 316 ต้องใช้ทั้งแรงดึงแบบไซคลิกและอิเล็กโทรไลต์ที่มีฤทธิ์กัดกร่อนที่มีคลอไรด์ รอยแตกร้าวเริ่มต้นที่หลุมบนพื้นผิวหรือการรวมตัวซึ่งฟิล์มพาสซีฟป้องกันพังทลาย หากพื้นผิวอยู่ในสถานะของความเค้นอัดตกค้าง ความเค้นดึงแบบไซคลิกที่ใช้จะต้องเอาชนะแรงอัดนี้ก่อนที่วัสดุจะประสบกับแรงตึงสุทธิที่ปลายรอยแตกร้าว สิ่งนี้จะเพิ่มความเครียดตามเกณฑ์สำหรับการเริ่มต้นรอยแตกอย่างมีประสิทธิภาพ สำหรับปลอก 316 ขนาด 0.9 มม. ที่มีแรงอัดตกค้างที่พื้นผิว -280 MPa ความเค้นแบบไซคลิกที่ใช้ที่ +200 MPa จะสร้างสุทธิเพียง -80 MPa ที่พื้นผิว โดยยังคงมีแรงอัดและไม่สามารถทำให้เกิดรอยแตกเมื่อยล้าได้ เฉพาะเมื่อความเค้นแบบวงจรที่ใช้เกิน +280 MPa เท่านั้นที่พื้นผิวจะพบกับแรงตึงสุทธิ ในทางตรงกันข้าม เปลือกขนาด 2.0 มม. ที่มีการบีบอัดพื้นผิวเพียง -120 MPa จะพบกับแรงตึงสุทธิเมื่อความเค้นที่ใช้เกิน +120 MPa ซึ่งเป็นเกณฑ์ที่ต่ำกว่ามาก การทดสอบความล้าจากการกัดกร่อนในน้ำทะเลสังเคราะห์ที่อุณหภูมิ 60°C เป็นการยืนยันถึงผลกระทบนี้ ตัวอย่างที่มีความหนาของผนัง 0.9 มม. และแรงอัดตกค้างสูงสามารถอยู่รอดได้ 10 ล้านรอบที่ 250 MPa โดยใช้ความเค้นสลับโดยไม่เกิดรอยแตกร้าว ตัวอย่างที่มีความหนาของผนัง 2.0 มม. และแรงอัดตกค้างต่ำจะล้มเหลวหลังจาก 2 ล้านรอบที่ความเค้นที่ใช้เท่าเดิม ปลอกที่บางกว่าช่วยยืดอายุความล้าจากการกัดกร่อนได้นานขึ้นห้าเท่า แม้ว่าจะมีความหนาของผนังสัมบูรณ์น้อยกว่าก็ตาม

การแลกเปลี่ยน-ระหว่างผลประโยชน์จากความเครียดที่เหลือและส่วนต่างความหนาของผนัง

ข้อได้เปรียบด้านความล้าจากการกัดกร่อนของปลอกผนังบาง-ต้องสมดุลกับขอบวัสดุที่ลดลงเมื่อเกิดรอยแตกร้าว ปลอกขนาด 0.9 มม. ที่มีแรงอัดตกค้างสูงอาจต้านทานการแตกร้าวได้หลายล้านรอบ อย่างไรก็ตาม เมื่อรอยแตกร้าวเอาชนะสนามความเค้นตกค้าง-เช่น เนื่องจากมีหลุมบนพื้นผิวขนาดใหญ่หรือโอเวอร์โหลดชั่วคราว- จะต้องแพร่กระจายผ่านวัสดุเพียง 0.9 มม. ก่อนทำการเจาะ ปลอกขนาด 2.0 มม. ที่มีแรงอัดตกค้างต่ำกว่าอาจทำให้เกิดรอยแตกร้าวหลังจากผ่านไปน้อยกว่ารอบ แต่รอยแตกจะต้องเคลื่อนที่ผ่าน 2.0 มม. จึงจะทำให้เกิดความเสียหาย อายุรวมจนถึงความล้มเหลวคือผลรวมของชีวิตเริ่มต้นและอายุการขยายพันธุ์ ข้อมูลการทดลองจากการทดสอบความล้าของการกัดกร่อนของลำแสงหมุนในน้ำทะเล 60°C แสดงรอบรวมจนถึงความล้มเหลวสำหรับปลอก OD 316 ขนาด 10 มม. ที่แรงเค้นสลับ 200 MPa ปลอกขนาด 0.8 มม. บรรลุผลรวม 12 ล้านรอบ (การเริ่มต้น 11.5 ล้านรอบ, การขยายพันธุ์ 0.5 ล้านรอบ) ปลอกขนาด 1.2 มม. ทำได้ 8 ล้านรอบ (การเริ่มต้น 7 ล้านรอบ, การขยายพันธุ์ 1 ล้านรอบ) ปลอกขนาด 1.6 มม. ทำได้ 5 ล้านรอบ (การเริ่มต้น 3 ล้านครั้ง การขยายพันธุ์ 2 ล้านครั้ง) ปลอกขนาด 2.0 มม. ทำได้ 3.5 ล้านรอบ (การเริ่มต้น 1.5 ล้านครั้ง การแพร่กระจาย 2 ล้านครั้ง) เปลือกผนังบาง-ที่มีแรงอัดตกค้างสูงทำให้มีอายุการใช้งานรวมยาวนานที่สุด แม้จะมีระยะขอบในการขยายพันธุ์น้อยที่สุดก็ตาม

เมทริกซ์การเลือกชีวิตความล้าจากการกัดกร่อนสำหรับสภาพแวดล้อมทางทะเล

ตารางต่อไปนี้แสดงความหนาของผนังเปลือก 316 ที่แนะนำสำหรับเครื่องทำความร้อนแบบจุ่มไฟฟ้าในสภาพแวดล้อมทางทะเล โดยพิจารณาจากแอมพลิจูดความเค้นแบบวงจรที่คาดหวังและอายุการใช้งานที่ต้องการ ค่าต่างๆ ถือว่าสัมผัสกับน้ำทะเลหรือน้ำกร่อยอย่างต่อเนื่องที่อุณหภูมิ 30–60°C และกระบวนการหว่านมาตรฐานโดยไม่ต้อง-อบอ่อนหลังหว่าน

สำหรับการใช้งานที่ความเค้นแบบวงจรเกิดขึ้นจากการสั่นสะเทือน การหมุนเวียนของการขยายตัวเนื่องจากความร้อน หรือการผันผวนของแรงดัน การวัดหรือการประมาณค่าแอมพลิจูดของความเค้นถือเป็นสิ่งสำคัญ หากไม่สามารถวัดได้ สมมติว่าระดับความเครียดปานกลางที่ 100 MPa ถือเป็นค่าเริ่มต้นแบบระมัดระวัง ในกรณีเช่นนี้ ความหนาของผนัง 1.2 มม. ให้สมดุลที่ดีที่สุดระหว่างประโยชน์จากความเค้นตกค้างและระยะขอบการแพร่กระจาย วิศวกรควรพิจารณาระบุการอบอ่อนหลัง-แบบ Swage สำหรับปลอกที่มีผนังหนา-ซึ่งมีไว้สำหรับการใช้งานที่มีรอบสูง- การหลอมที่อุณหภูมิ 1,050°C จะช่วยขจัดความเค้นตกค้างโดยสิ้นเชิง ขจัดประโยชน์จากความล้าจากการกัดกร่อนของผนังบาง แต่ยังขจัดความเค้นตกค้างของแรงดึงที่พื้นผิวด้านในซึ่งอาจส่งผลต่อการแพร่กระจายของรอยแตกร้าวอีกด้วย ปลอกอบอ่อนขนาด 1.6 มม. มีพฤติกรรมคล้ายกับปลอกไม่อบอ่อนขนาด 1.2 มม. -ในแง่ของอายุการใช้งานความล้าทั้งหมด ซึ่งเป็นทางเลือกอื่นในการได้รับอายุการใช้งานที่ยาวนานโดยไม่ต้องพึ่งผนังบาง ทางเลือกระหว่างผนังบางที่มีความเค้นตกค้างสูงกับผนังหนาที่มีการอบอ่อนนั้นขึ้นอยู่กับความสามารถในการผลิตและต้นทุน สำหรับการใช้งานทางทะเลส่วนใหญ่ที่มีการสั่นสะเทือนแต่ไม่รุนแรง ความหนาของผนัง 1.2–1.4 มม. พร้อมการเจาะมาตรฐานให้ประสิทธิภาพความล้าจากการกัดกร่อนที่เชื่อถือได้โดยไม่ต้องมีการประมวลผลพิเศษ