كيف يؤثر نصف قطر شريحة اللحام عند شفة التركيب لعنصر تسخين التيتانيوم على عمر الكلال للغمد عند تعرضه لاهتزاز مستحث بالتدفق في جهاز غسيل كيميائي كبير؟

المقايضة الأساسية-في تصميم شرائح اللحام لأجهزة الغسيل ذات الاهتزازات العالية-
يتم وضع عناصر تسخين التيتانيوم من خلال جدار الوعاء لأجهزة تنقية الغاز الكيميائية الكبيرة عبر وصلة ذات حواف. المنطقة الأكثر توتراً تحت الاهتزاز الناجم عن التدفق هي شريحة اللحام بين غمد التيتانيوم وشفة التثبيت. يؤدي تدفق غاز جهاز الغسيل (5-15 م/ث) إلى تساقط الدوامة والاضطراب، مما يؤدي إلى اهتزاز حزمة السخان الكابولي. يتركز إجهاد الانحناء المتناوب عند إصبع اللحام. يتم التحكم في عامل تركيز الإجهاد (SCF) من خلال نصف قطر لحام الشرائح -الانتقال المقعر بين وجه اللحام وسطح الأنبوب. إصبع لحام حاد (نصف قطر قصير،<0.5 mm) produces a SCF of 3–5, i.e. the local stress is 3–5 times the nominal bending stress. Large fillet radii (>2 مم) يؤدي إلى SCF من 1.5-2.0. سمك الجدار له تأثير على صلابة الانحناء والإجهاد الاسمي، ولكن المتغير الأكثر أهمية لعمر الكلال هو نصف قطر اللحام. تقوم هذه الدراسة بتقييم تأثير نصف قطر لحام الشرائح على عمر الكلال في ظل ظروف اهتزاز جهاز الغسيل النموذجي وتقدم اقتراحات التصميم.

التأثير على تركيز إجهاد السلامة الميكانيكية عند إصبع القدم اللحام
بالنسبة للسخان الكابولي بطول L، مع قوة عرضية F (من الاهتزاز المستحث بالتدفق-)، يتم إعطاء إجهاد الانحناء الاسمي عند الطرف الثابت (نقطة اللحام) بواسطة: σ_nom=(F × L) / (π × D² × t / 4) يتم إعطاء الضغط المحلي عند مقدمة اللحام بواسطة σ_local=K_t × σ_nom حيث K_t هو تركيز الإجهاد عامل. بالنسبة للحام الشرائح بنصف قطر إصبع القدم r وسمك جدار الأنبوب t، K t ~ 1 + 2 * (t/r)^0.5. بالنسبة للحام حاد (r=0.3 mm، t=1.5 mm)، Kt=1 + 2 x (1.5/0.3)^0.5=1 + 2 x 2.24=5.5. لشرائح كبيرة (r=2.5 mm، t=1.5 mm) Kt=1 + 2 x (1.5/2.5)0.5=1 + 2 x 0.77=2.5. تنخفض الشرائح الكبيرة الإجهاد الموضعي بنسبة تزيد عن 50%.

يتم الحصول على عمر الكلال (دورات حتى الفشل) من خلال معادلة باسكوين: N f=( σ f ' σ local ) 1 b حيث b ≈ -0.12 للتيتانيوم. يؤدي تقليل σ المحلي بعامل 2.2 (من 5.5 إلى 2.5 K t ) إلى تحسين عمر التعب بعامل حوالي (2.2) (1/0.12)=(2.2) 8.3 ≈ 800 مرة. قد يعيش السخان الذي قد يموت خلال شهر واحد بإصبع لحام حاد 800 شهر (66 عامًا) بشرائح كبيرة.

تأثير حجم اللحام وانتقال الحرارة على الأداء الحراري
يساهم نصف قطر الشرائح الأعلى في زيادة معدن اللحام (زيادة سماكة الحلق) لتوفير قناة توصيل حراري أكبر من الغلاف إلى الحافة. وهذا يساعد على تبديد الحرارة بشكل أفضل قليلاً من منطقة اللحام ويمنع عزل البقع الساخنة. العقوبة الحرارية صغيرة. ومع ذلك، قد تتسبب شريحة كبيرة جدًا (r> 5 مم) في حدوث تداخل مع السخانات القريبة في الحزمة أو تقليل طول التسخين الفعال.

المقايضة-التوليف: نصف قطر اللحام وتفاعل سمك الجدار
نصف قطر إصبع اللحام (مم) عامل تركيز الإجهاد (K_t، لـ t=1.5mm) عمر الكلال المتوقع (مقابل خط الأساس الحاد للحام) الأساس المنطقي لسمك الجدار الأدنى للهندسة الأساسية < 0.5 مم (حاد مثل - ملحوم) 5.0 - 6.0 1× (خط الأساس،<6 month life)Any (no advantage) Not appropriate for vibration service
0.5 – 1.0 مم (طحن ناعم) 3.5 – 4.5 10 – 50× 1.5 مم مقبول للاهتزاز المعتدل
1.0 – 2.0 مم (محدد) 2.5 – 3.5 200 – 1,000× 1.2 – 1.5 مم جيد لمعظم أجهزة التنظيف
2.0 – 3.0 مم (شرائح كبيرة) 2.0 – 2.5 2,000 – 10,000× 1.0 – 1.2 مم ممتاز، يسمح بجدران أرق 3.0 مم (شرائح ضخمة جدًا)<2.0 >50.000 × 1.0 مم مثالي ولكنه غير عملي
يوفر اللحام الكبير (r أكبر من أو يساوي 2 مم) تحسنًا كبيرًا في عمر الكلال، ويسمح باستخدام جدران أرق (1.0-1.2 مم). يعد نصف قطر الشرائح أكثر أهمية من سمك الجدار في مقاومة التعب.

اللحام خارج نطاق اللحام: الطحن والمعالجة-بعد اللحام
إذا لم يكن من الممكن تحقيق نصف قطر الشرائح الكبير المطلوب في اللحام (إما بسبب الموضع أو الوصول)، فيمكن الحصول على فائدة التعب المكافئة عن طريق طحن إصبع اللحام إلى محيط ناعم بنصف قطر لا يقل عن 1.5 مم. يجب أن يتم الطحن بمادة كاشطة ناعمة (120 حبيبة رملية أو أدق) ثم يتم صقلها لإزالة علامات الطحن. تعمل أيضًا معالجة ما بعد - اللحام TIG (إعادة - ذوبان مقدمة اللحام بدون معدن الحشو) على تقليل تركيز الضغط من خلال توفير انتقال سلس. يمكن لهذا الأسلوب أن يعزز عمر الكلال بمعامل 5-10 مع هندسة اللحام الأصلية. يؤدي ثقب إصبع القدم الملحوم بالرصاص أو ثقب إصبع القدم الملحوم إلى إجهاد ضاغط متبقي مما يؤدي إلى تحسين عمر التعب بشكل أكبر.

الاستنتاج: نصف قطر الشرائح الكبير (أكبر من أو يساوي 2 مم) يسمح بتصميم جدار رقيق- لخدمة الاهتزاز
يعتمد عمر الكلال لعنصر تسخين التيتانيوم في جهاز غسل كيميائي كبير معرض لتدفق الاهتزاز الناجم عن -بشكل كبير على نصف قطر شريحة اللحام عند شفة التركيب. إذا كانت مقدمة اللحام حادة (r < 0.5 مم) فإن عامل تركيز الإجهاد يكون 5-6 ويحدث فشل الكلال خلال بضعة أشهر بغض النظر عن سمك الجدار. يؤدي نصف قطر الشرائح الواسع (r أكبر من أو يساوي 2 مم) إلى عامل تركيز إجهاد يبلغ 2.0-2.5، وبالتالي تعزيز عمر التعب بمقدار 2000-10000 مرة والسماح بجدران أرق (1.0-1.2 مم). المواصفات المعتمدة هي لحام شرائح بقطر لا يقل عن 2 مم (أرضي أو ملبس) مقترنًا بجدار غمد من التيتانيوم يبلغ سماكته 1.2 مم. قم بإعطاء سعة الاهتزاز والتردد المقدر للشركة المصنعة للتحقق من هندسة اللحام المطلوبة. سمك الجدار هو متغير ثانوي. معلمة التصميم لعمر الكلال في مهمة الغسيل عالية الاهتزاز هي نصف قطر شرائح اللحام.