ในการป้องกันการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้นของเปลือกโลหะผสม 600 เปลือก PFA ที่เกิดขึ้นจากความเค้นตกค้างที่มากเกินไป (วัดโดยความยืดหยุ่นด้วยแสง) เกี่ยวข้องกับอัตราการทำความเย็นหลังการประมวลผล-อย่างไร

ความท้าทายด้านความเครียดตกค้างในเครื่องทำความร้อนแบบขึ้นรูปมากเกินไป

ปลอกเครื่องทำความร้อนอัลลอยด์ 600 ในการให้บริการทางเคมีเชิงรุกต้องอาศัยการขึ้นรูปเกินด้วย PFA เพื่อป้องกันการกัดกร่อน อย่างไรก็ตาม กระบวนการขึ้นรูปเกินนั้นทำให้เกิดความเค้นตกค้างในชั้น PFA ซึ่งสามารถถ่ายโอนไปยังโลหะผสมที่อยู่ด้านล่างผ่านการหดตัวทางความร้อนที่แตกต่างกันระหว่างการทำความเย็น ความเค้นตกค้างเหล่านี้ เมื่อรวมกับสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน จะทำให้เกิดการแตกร้าวของการกัดกร่อนจากความเค้นของแกน Alloy 600 การวิเคราะห์เชิงปริมาณจากเครื่องทำความร้อนที่ล้มเหลว 34 เครื่องแสดงให้เห็นว่าอัตราการทำความเย็นที่สูงกว่า 15 องศาต่อนาทีในระหว่างการขึ้นรูปด้วย PFA มากเกินไปทำให้เกิดลำดับขอบแบบโฟโตอิลาสติกที่สูงกว่า 2.5 (ซึ่งสอดคล้องกับความเค้นตกค้าง > 8 MPa) ซึ่งสัมพันธ์กับการแตกร้าวของอัลลอยด์ 600 ภายใน 3000 ชั่วโมง อัตราการทำความเย็นที่ต่ำกว่า 5 องศาต่อนาทีทำให้เกิดคำสั่งขอบที่ต่ำกว่า 1.2 (ความเครียด < 3.5 MPa) ซึ่งช่วยยืดอายุการใช้งาน-ที่ปราศจากรอยแตกร้าวเกิน 12,000 ชั่วโมง

การวัดโฟโตอิลาสติกของความเค้นตกค้าง

ความยืดหยุ่นของแสงใช้คุณสมบัติของโพลีเมอร์โปร่งใสเพื่อแสดงการรีฟริงก์ตามสัดส่วนของความเครียดที่ใช้ เมื่อมอง PFA ผ่านโพลาไรเซอร์แบบไขว้ ความเค้นตกค้างจะปรากฏเป็นรูปแบบขอบสี โดยแต่ละลำดับขอบแสดงถึง 3.1 MPa ของความแตกต่างของความเค้นหลัก สำหรับ PFA ที่ขึ้นรูปเกินบนล้อแม็ก 600 ความเค้นตกค้างสูงสุดจะมุ่งไปที่ส่วนต่อประสานโลหะของโพลีเมอร์- และรอบๆ ลักษณะทางเรขาคณิต เช่น หน้าแปลนหรือส่วนโค้ง การวิเคราะห์โฟโตอิลาสติกเชิงปริมาณของเครื่องทำความร้อนในการผลิตแสดงให้เห็นว่าอัตราการเย็นตัวหลังจากการปั้นเกินเป็นตัวแปรหลักในการควบคุมความเค้นตกค้าง เครื่องทำความร้อนที่ระบายความร้อนด้วยอากาศโดยรอบ (อัตราการทำความเย็นประมาณ 12 องศาต่อนาที จาก 320 องศาถึง 60 องศา ) แสดงลำดับขอบสูงสุดที่ 1.8 ถึง 2.2 (ความเครียด 5.6 ถึง 6.8 MPa) เครื่องทำความร้อนที่ระบายความร้อนด้วยลมบังคับ (20 องศาต่อนาที) แสดงลำดับขอบที่ 2.6 ถึง 3.2 (8.1 ถึง 9.9 MPa) เครื่องทำความร้อนที่ระบายความร้อนในเตาอบแบบควบคุมที่ 3 องศาต่อนาทีแสดงลำดับขอบที่ 0.8 ถึง 1.2 (2.5 ถึง 3.7 MPa)

การถ่ายโอนความเครียดไปยังอินเทอร์เฟซ Alloy 600

ความเค้นตกค้างในชั้น PFA จะไม่ทำให้โพลีเมอร์แตกร้าวโดยตรง แต่จะถ่ายโอนไปยังเปลือก Alloy 600 ผ่านทางพันธะระหว่างพื้นผิว ในระหว่างการทำความเย็นจากอุณหภูมิที่ขึ้นรูปเกิน (320 องศาถึง 340 องศา) จนถึงอุณหภูมิห้อง PFA จะหดตัว 3.8% (สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน 120 ppm/ องศา × 320 องศา ) ในขณะที่อัลลอยด์ 600 หดตัว 0.5% (16 ppm/ องศา × 320 องศา ) การหดตัวส่วนต่าง 3.3% ทำให้ Alloy 600 เกิดความตึงเครียดเนื่องจาก PFA หดตัวรอบๆ สำหรับชั้น PFA ขนาด 1.5 มม. บนท่อ Alloy 600 ขนาด 12 มม. ค่าความเค้นดึงที่ผิวสัมผัสที่คำนวณได้คือ 4.2 MPa ที่อัตราการเย็นตัวที่ช้าซึ่งช่วยให้โพลีเมอร์ผ่อนคลายได้ ที่อัตราการเย็นตัวอย่างรวดเร็ว PFA จะไม่สามารถผ่อนคลายผ่านการเคลื่อนที่ของโมเลกุลได้ และความเครียดจากการสัมผัสผิวหน้าจะสูงถึง 9.5 MPa อัลลอยด์ 600 ในคลอไรด์-ในสภาพแวดล้อมที่มี (พบได้ทั่วไปในอ่างกรดหลายชนิด) มีความเค้นเกณฑ์สำหรับการแตกร้าวของการกัดกร่อนจากความเค้นประมาณ 5.5 MPa ที่ 80 องศา เครื่องทำความร้อนที่ระบายความร้อนเร็ว-เกินเกณฑ์นี้ ในขณะที่เครื่องทำความร้อนที่ระบายความร้อนช้า-ทำงานต่ำกว่าเกณฑ์นี้

หน้าต่างการเพิ่มประสิทธิภาพอัตราการทำความเย็น

อัตราการทำความเย็นที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการขึ้นรูปแบบ PFA บนอัลลอยด์ 600 จะช่วยลดความเค้นตกค้างให้เหลือน้อยที่สุดเทียบกับการปฏิบัติจริงในการผลิต อัตราการทำความเย็นที่ต่ำกว่า 2 องศาต่อนาทีทำให้เกิดความเค้นตกค้างที่ต่ำมาก (ลำดับขอบ < 0.5, ความเค้น < 1.6 MPa) แต่ต้องใช้เวลา 2.5 ชั่วโมงในการทำให้เย็นลงจาก 320 องศาถึง 60 องศา ซึ่งเป็นไปไม่ได้สำหรับปริมาณการผลิต อัตราการทำความเย็นระหว่าง 3 องศาถึง 6 องศาต่อนาทีทำให้เกิดคำสั่งเพิ่มเติมที่ 0.8 ถึง 1.4 (ความเครียด 2.5 ถึง 4.3 MPa) ซึ่งต่ำกว่าเกณฑ์ Alloy 600 SCC อย่างปลอดภัย และต้องใช้เวลาในการทำความเย็น 45 ถึง 90 นาที อัตราการทำความเย็นระหว่าง 7 องศาถึง 10 องศาต่อนาทีทำให้เกิดความเค้นตกค้างเล็กน้อย (ลำดับขอบ 1.5 ถึง 1.9, 4.7 ถึง 5.9 MPa) ซึ่งเข้าใกล้เกณฑ์ SCC ซึ่งต้องการการควบคุมสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนอย่างแม่นยำเพื่อหลีกเลี่ยงการแตกร้าว อัตราการทำความเย็นที่สูงกว่า 12 องศาต่อนาทีทำให้เกิดความเค้นตกค้างเกิน 6.5 MPa อย่างสม่ำเสมอ ซึ่งเกินเกณฑ์ SCC สำหรับสภาวะการบริการที่มีฤทธิ์กัดกร่อนเกือบทั้งหมด ยกเว้นสภาพแวดล้อมที่ไม่ใช่-คลอไรด์โดยสิ้นเชิง

ปฏิกิริยาระหว่างความหนาของผนังกับความเค้นตกค้าง

การหลอมหลังจากการปั้นมากเกินไปเพื่อบรรเทาความเครียด

สำหรับเครื่องทำความร้อนที่ต้องระบายความร้อนอย่างรวดเร็วเนื่องจากข้อจำกัดในการผลิต การหลอมหลัง-การหลอมเกินสามารถลดความเค้นตกค้างให้อยู่ในระดับที่ยอมรับได้ การหลอมที่อุณหภูมิ 150 องศาเป็นเวลา 4 ชั่วโมงจะช่วยลดความเครียดตกค้างได้ 55% โดยไม่คำนึงถึงอัตราการทำความเย็นเริ่มต้น ส่งผลให้เครื่องทำความร้อนที่ระบายความร้อนด้วยอุณหภูมิ 20 องศา/นาที ลดลงจาก 9.5 MPa เป็น 4.3 MPa การหลอมที่อุณหภูมิ 120 องศา เป็นเวลา 8 ชั่วโมง สามารถลดลงได้ 40% การอบอ่อนที่ 180 องศาเป็นเวลา 2 ชั่วโมงสามารถลดลงได้ 70% แต่อาจเสี่ยงต่อการบิดเบือนมิติสำหรับเครื่องทำความร้อนติดผนัง-บางรุ่น กระบวนการอบอ่อนจะเพิ่มต้นทุนและเวลาในการผลิต แต่ช่วยให้ใช้กระบวนการทำความเย็นที่รวดเร็ว{18}}แบบมาตรฐานได้ ขณะเดียวกันก็ได้รับความเค้นตกค้างต่ำ สำหรับการใช้งานที่สำคัญ เช่น เครื่องทำความร้อน Alloy 600 ในคลอไรด์ร้อน-ที่มีกรด ให้ระบุ-การอบอ่อนหลังการขึ้นรูปที่ 150 องศาเป็นเวลาอย่างน้อย 4 ชั่วโมง พร้อมการตรวจสอบโดยการวัดโฟโตอิลาสติกซึ่งแสดงลำดับขอบสูงสุดต่ำกว่า 1.5 บนเครื่องทำความร้อนที่เสร็จแล้ว

เกณฑ์การยอมรับโฟโตอิลาสติกสำหรับการรับฮีตเตอร์

Engineers receiving overmolded PFA heaters for Alloy 600 core applications should perform photoelastic inspection or require certification from the supplier. Acceptable residual stress levels depend on the corrosive environment. For high-chloride acids (>1,000 ppm Cl⁻) ที่อุณหภูมิสูงกว่า 80 องศา ระบุลำดับขอบสูงสุดที่ 1.2 (ความเค้น < 3.7 MPa) สำหรับกรดผสมที่มีคลอไรด์ปานกลาง (100-500 ppm Cl⁻) ที่ 60-80 องศา ให้ระบุลำดับขอบสูงสุดที่ 1.6 (ความเค้น < 5.0 MPa) สำหรับบริการที่ไม่มีคลอไรด์หรือคลอไรด์ต่ำ (< 50 ppm Cl⁻), maximum fringe order of 2.0 (stress < 6.2 MPa) is acceptable as the SCC threshold of Alloy 600 is higher in the absence of chlorides. Suppliers should provide photoelastic images at five locations along each heater (both ends, middle, and quarter points) with calibration reference showing fringe order values. For heaters that will be bent or formed after overmolding, require photoelastic measurement after forming, as bending introduces additional residual stress that can add to overmolding stress.

คำแนะนำข้อมูลจำเพาะสำหรับการป้องกันการกัดกร่อนจากความเครียดของโลหะผสม 600

สำหรับเครื่องทำความร้อน PFA-ที่ขึ้นรูปแบบอัลลอยด์ 600 ในสภาวะที่มีฤทธิ์กัดกร่อนที่ความเข้มข้นของคลอไรด์เกิน 100 ppm ที่อุณหภูมิสูงกว่า 60 องศา ให้ระบุอัตราการทำความเย็นของการขึ้นรูปแบบทับไม่เกิน 6 องศาต่อนาที จาก 320 องศาถึง 60 องศา หรือหลัง-การอบอ่อนแบบขึ้นรูปเกินที่ 150 องศาเป็นเวลา 4 ชั่วโมง ต้องมีใบรับรองโฟโตอิลาสติกซึ่งแสดงลำดับขอบสูงสุดต่ำกว่า 1.4 ที่ทุกจุดบนเครื่องทำความร้อน โดยไม่มีความเข้มข้นของลำดับขอบเกิน 1.8 ที่ตำแหน่งใดๆ รวมถึงการเปลี่ยนผ่านและฝาปิดท้าย เมื่อเครื่องทำความร้อนมีการโค้งงอที่แคบ (รัศมีน้อยกว่า 5× เส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ) จำเป็นต้องมีการตรวจวัดโฟโตอิลาสติกของบริเวณส่วนโค้งงอเป็นพิเศษ เนื่องจากการดัดจะทำให้เกิดความเค้นตกค้างเพิ่มเติมซึ่งอาจเพิ่มความเครียดจากการขึ้นรูปมากเกินไป สำหรับโรงงานที่เคยประสบปัญหาการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้นของโลหะผสม 600 ด้วยเครื่องทำความร้อนก่อนหน้านี้ โปรดขอให้ซัพพลายเออร์จัดเตรียมภาพโฟโตอิลาสติกเปรียบเทียบของกระบวนการมาตรฐานของตนกับกระบวนการที่เย็นช้าหรืออบอ่อนที่ระบุ- ซึ่งแสดงให้เห็นการลดลำดับขอบลงอย่างน้อย 40% เมื่อทราบว่าเครื่องทำความร้อนทำงานมีความเครียดตกค้างใกล้กับเกณฑ์ SCC ให้ลดความเข้มข้นของคลอไรด์อาบน้ำผ่านการล้างที่ดีขึ้นหรือเพิ่มตัวยับยั้งการกัดกร่อนเพื่อเพิ่มเกณฑ์ SCC ที่มีประสิทธิผลให้สูงกว่าระดับความเครียดที่ใช้ สำหรับการจัดหาเครื่องทำความร้อนใหม่ ให้รวมเกณฑ์การยอมรับโฟโตอีลาสติกในใบสั่งซื้อ เนื่องจากซัพพลายเออร์เพียงไม่กี่รายจะจัดให้มีการวัดนี้ เว้นแต่จะมีข้อกำหนดตามสัญญา ต้นทุนที่เพิ่มขึ้นของการทำความเย็นหรือการอบอ่อนอย่างช้าๆ (โดยทั่วไปคือ 15% ถึง 25% ของราคาเครื่องทำความร้อน) มีเหตุผลสมควรโดยการยืดอายุการใช้งาน 3× ถึง 4× สำหรับเครื่องทำความร้อน Alloy 600 ในการให้บริการคลอไรด์ที่รุนแรง