अपतटीय प्लेटफार्मों, शिपबोर्ड सिस्टम और तटीय औद्योगिक संयंत्रों के लिए विद्युत विसर्जन हीटर निर्दिष्ट करने वाले समुद्री इंजीनियरों के लिए, चक्रीय यांत्रिक लोडिंग और क्लोराइड संक्षारण का संयोजन एक विशेष रूप से आक्रामक विफलता तंत्र बनाता है जिसे संक्षारण थकान के रूप में जाना जाता है। हवा में शुद्ध थकान या स्थैतिक स्थितियों में शुद्ध संक्षारण के विपरीत, संक्षारण थकान काफी कम तनाव आयाम और छोटे चक्र जीवन पर दरार की शुरुआत पैदा करती है। स्वैगिंग प्रक्रिया के दौरान पेश किए गए अवशिष्ट तनाव का उपयोग प्रतिरोध तार के चारों ओर मैग्नीशियम ऑक्साइड इन्सुलेशन को कॉम्पैक्ट करने के लिए किया जाता है। यह आलेख बताता है कि 316 स्टेनलेस स्टील शीथ की दीवार की मोटाई स्वैगिंग के बाद अवशिष्ट तनाव वितरण को कैसे प्रभावित करती है और ये अवशिष्ट तनाव समुद्री वातावरण में संक्षारण थकान जीवन को कैसे संशोधित करते हैं।
316 शीथों की स्वैजिंग के दौरान अवशिष्ट तनाव उत्पन्न होना
जब 316 स्टेनलेस स्टील ट्यूब को एमजीओ से भरे कोर के चारों ओर बड़े व्यास से छोटे व्यास में घुमाया जाता है, तो प्रक्रिया एक विशिष्ट अवशिष्ट तनाव पैटर्न उत्पन्न करती है। म्यान की बाहरी सतह संपीड़ित अवशिष्ट तनाव का अनुभव करती है क्योंकि स्वैगिंग सामग्री को अंदर की ओर धकेलती है, जबकि आंतरिक सतह तन्य अवशिष्ट तनाव का अनुभव करती है क्योंकि कॉम्पैक्ट एमजीओ लोचदार स्प्रिंगबैक के दौरान बाहर की ओर धकेलता है। इन अवशिष्ट तनावों का परिमाण व्यास में कमी के सापेक्ष दीवार की मोटाई पर निर्भर करता है। 1.0 मिमी से कम की पतली दीवार वाली शीथ के लिए, स्वैजिंग बल लगभग पूरी दीवार की मोटाई में प्रवेश करता है, जिससे बाहरी सतह पर उच्च संपीड़न तनाव उत्पन्न होता है, आमतौर पर - 200 से - 300 एमपीए, और आंतरिक सतह पर मध्यम तन्य तनाव, +50 से +100 एमपीए होता है। 1.8 मिमी से ऊपर की मोटी दीवार वाली म्यान के लिए, स्वैजिंग बल मुख्य रूप से बाहरी परतों में अवशोषित होता है, जिससे केवल बाहरी सतह के पास उच्च संपीड़न तनाव पैदा होता है जबकि आंतरिक परतें अपेक्षाकृत अप्रभावित रहती हैं। आंतरिक सतह पर तन्य तनाव भी कम है क्योंकि एमजीओ संघनन कम पूर्ण है। स्वैज्ड 316 शीथ्स में अवशिष्ट तनाव का एक्स-रे विवर्तन माप इस संबंध की पुष्टि करता है। 0.9 मिमी दीवार शीथ ने -280 एमपीए का सतह संपीड़न तनाव दिखाया। 1.5 मिमी दीवार म्यान -180 एमपीए दिखा। 2.0 मिमी दीवार शीथ ने केवल -120 एमपीए दिखाया। पतला म्यान बाहरी सतह पर अधिक लाभकारी संपीड़न तनाव को संग्रहीत करता है, जो वह स्थान है जहां संक्षारण थकान दरारें आमतौर पर शुरू होती हैं।
कैसे अवशिष्ट संपीड़न तनाव संक्षारण थकान दरार की शुरुआत को रोकता है
316 स्टेनलेस स्टील में संक्षारण थकान दरार की शुरुआत के लिए चक्रीय तन्य तनाव और क्लोराइड युक्त संक्षारक इलेक्ट्रोलाइट दोनों की आवश्यकता होती है। दरार सतह के गड्ढे या समावेशन पर शुरू होती है जहां सुरक्षात्मक निष्क्रिय फिल्म टूट गई है। यदि सतह अवशिष्ट संपीड़न तनाव की स्थिति में है, तो लागू चक्रीय तन्य तनाव को पहले इस संपीड़न को दूर करना होगा, इससे पहले कि सामग्री दरार टिप पर शुद्ध तनाव का अनुभव करे। यह प्रभावी रूप से दरार की शुरुआत के लिए सीमा तनाव को बढ़ाता है। -280 एमपीए सतह अवशिष्ट संपीड़न के साथ 0.9 मिमी 316 म्यान के लिए, +200 एमपीए का लागू चक्रीय तनाव सतह पर केवल -80 एमपीए नेट उत्पन्न करता है, जो संपीड़ित रहता है और थकान दरार शुरू करने में असमर्थ होता है। केवल तभी जब लागू चक्रीय तनाव एमपीए से अधिक हो जाता है, सतह शुद्ध तनाव का अनुभव करती है। इसके विपरीत, केवल -120 एमपीए सतह संपीड़न के साथ 2.0 मिमी म्यान शुद्ध तनाव का अनुभव करता है जब लागू तनाव +120 एमपीए से अधिक हो जाता है, जो कि बहुत कम सीमा है। 60 डिग्री सेल्सियस पर सिंथेटिक समुद्री जल में संक्षारण थकान परीक्षण इस प्रभाव की पुष्टि करता है। 0.9 मिमी दीवार की मोटाई और उच्च अवशिष्ट संपीड़न वाले नमूने 250 एमपीए पर 10 मिलियन चक्रों तक जीवित रहे, दरार शुरू होने के बिना वैकल्पिक तनाव लागू किया गया। 2.0 मिमी दीवार की मोटाई और कम अवशिष्ट संपीड़न वाले नमूने समान लागू तनाव पर 2 मिलियन चक्रों के बाद विफल हो गए। दीवार की मोटाई कम होने के बावजूद पतली म्यान ने पांच गुना अधिक संक्षारण थकान जीवन प्रदान किया।
अवशिष्ट तनाव लाभ और दीवार की मोटाई मार्जिन के बीच व्यापार छूट
एक बार दरार शुरू होने पर पतली दीवार वाले शीथ के संक्षारण थकान लाभ को कम सामग्री मार्जिन के विरुद्ध संतुलित किया जाना चाहिए। उच्च अवशिष्ट संपीड़न वाला 0.9 मिमी म्यान लाखों चक्रों तक दरार की शुरुआत का विरोध कर सकता है। हालाँकि, एक बार जब दरार अवशिष्ट तनाव क्षेत्र पर काबू पा लेती है, शायद बड़े सतह के गड्ढे या क्षणिक अधिभार के कारण, इसे छिद्रण से पहले केवल 0.9 मिमी सामग्री के माध्यम से फैलना चाहिए। कम अवशिष्ट संपीड़न के साथ 2.0 मिमी म्यान कम चक्रों के बाद दरार शुरू कर सकता है, लेकिन विफलता का कारण बनने के लिए दरार को 2.0 मिमी से गुजरना होगा। असफलता तक का संपूर्ण जीवन दीक्षा जीवन और प्रसार जीवन का योग है। 60 डिग्री सेल्सियस समुद्री जल में घूर्णन किरण संक्षारण थकान परीक्षणों से प्राप्त प्रायोगिक डेटा 200 एमपीए वैकल्पिक तनाव पर 10 मिमी बाहरी व्यास 316 शीथ के लिए विफलता के निम्नलिखित कुल चक्र दिखाते हैं। 0.8 मिमी म्यान ने कुल 12 मिलियन चक्र हासिल किए, जिसमें शुरुआत के लिए 11.5 मिलियन और प्रसार के लिए 0.5 मिलियन शामिल थे। 1.2 मिमी के आवरण ने 8 मिलियन चक्र प्राप्त किए, जिसमें 7 मिलियन आरंभ के लिए और 1 मिलियन प्रसार के लिए थे। 1.6 मिमी के आवरण ने 5 मिलियन चक्र प्राप्त किए, जिसमें 3 मिलियन आरंभ के लिए और 2 मिलियन प्रसार के लिए थे। 2.0 मिमी के आवरण ने 3.5 मिलियन चक्र प्राप्त किए, जिसमें 1.5 मिलियन आरंभ के लिए और 2 मिलियन प्रसार के लिए थे। उच्च अवशिष्ट संपीड़न के साथ पतली दीवार वाली म्यान न्यूनतम प्रसार मार्जिन के बावजूद सबसे लंबा कुल जीवन प्रदान करती है।
समुद्री वातावरण के लिए संक्षारण थकान जीवन चयन मैट्रिक्स
निम्नलिखित तालिका अपेक्षित चक्रीय तनाव आयाम और आवश्यक सेवा जीवन के आधार पर समुद्री वातावरण में विद्युत विसर्जन हीटरों के लिए अनुशंसित 316 शीथ दीवार मोटाई प्रदान करती है। मान 30-60 डिग्री सेल्सियस पर समुद्री जल या खारे पानी के निरंतर संपर्क और पोस्ट-स्वेज एनीलिंग के बिना मानक स्वैगिंग प्रक्रियाओं को मानते हैं।
| अपेक्षित चक्रीय तनाव आयाम | आवश्यक सेवा जीवन | अनुशंसित 316 शीथ दीवार की मोटाई | प्रमुख विफलता मोड | डिज़ाइन का औचित्य |
|---|---|---|---|---|
| कम, 50 एमपीए से नीचे | 10 वर्ष से अधिक | 1.2 – 1.6 मिमी | दरार का क्षरण | अवशिष्ट तनाव लाभ कम महत्वपूर्ण; संक्षारण भत्ता मोटाई बढ़ाता है |
| मध्यम, 50 - 150 एमपीए | 5 - 10 वर्ष | 1.0 - 1.2 मिमी | संक्षारण थकान की शुरुआत | पतली दीवार दरार की रोकथाम के लिए उच्च अवशिष्ट संपीड़न प्रदान करती है |
| मध्यम, 50 - 150 एमपीए | 10 वर्ष से अधिक | 1.4-1.6 मिमी पोस्ट-स्वेज एनीलिंग के साथ | दीक्षा के बाद प्रचार | एनीलिंग अवशिष्ट तनाव लाभ को दूर करता है; मोटाई मार्जिन पर भरोसा करें |
| उच्च, 150 - 250 एमपीए | 3 - 5 वर्ष | 0.8 - 1.0 मिमी | संक्षारण थकान की शुरुआत | अधिकतम अवशिष्ट संपीड़न आवश्यक; कम सेवा जीवन स्वीकार करें |
| उच्च, 150 - 250 एमपीए | 5 वर्ष से अधिक | 316 के साथ संभव नहीं है | अधिभार या तेजी से टूटना | इंकोलॉय 825 या टाइटेनियम में अपग्रेड करें |
| बार-बार ओवरलोड के साथ परिवर्तनीय | कोई भी सेवा जीवन | 1.6 – 2.0 मिमी | अप्रत्याशित दरार के बाद प्रसार | मोटाई मार्जिन अप्रत्याशित घटनाओं से बचाता है |
उन अनुप्रयोगों के लिए जहां कंपन, थर्मल विस्तार चक्रण, या दबाव में उतार-चढ़ाव से चक्रीय तनाव उत्पन्न होता है, तनाव आयाम को मापना या अनुमान लगाना आवश्यक है। यदि माप असंभव है, तो 100 एमपीए का मध्यम तनाव स्तर मानना एक रूढ़िवादी डिफ़ॉल्ट है। ऐसे मामलों में, 1.2 मिमी की दीवार की मोटाई अवशिष्ट तनाव लाभ और प्रसार मार्जिन का सर्वोत्तम संतुलन प्रदान करती है। इंजीनियरों को उच्च चक्र अनुप्रयोगों के लिए मोटी दीवार वाले शीथ के लिए पोस्ट {55 स्वेज एनीलिंग निर्दिष्ट करने पर भी विचार करना चाहिए। 1,050 डिग्री सेल्सियस पर एनीलिंग करने से अवशिष्ट तनाव पूरी तरह से दूर हो जाता है, जिससे पतली दीवारों का संक्षारण थकान लाभ समाप्त हो जाता है, लेकिन आंतरिक सतह पर तन्य अवशिष्ट तनाव भी समाप्त हो जाता है जो दरार के प्रसार में योगदान कर सकता है। एक एनील्ड 1.6 मिमी म्यान कुल थकान जीवन के संदर्भ में एक गैर-एनील्ड 1.2 मिमी म्यान के समान व्यवहार करता है, जो पतली दीवारों पर भरोसा किए बिना लंबी सेवा जीवन प्राप्त करने का एक वैकल्पिक मार्ग प्रदान करता है। उच्च अवशिष्ट तनाव वाली पतली दीवारों और एनीलिंग वाली मोटी दीवारों के बीच का चुनाव विनिर्माण क्षमताओं और लागत पर निर्भर करता है। अधिकांश समुद्री अनुप्रयोगों के लिए जहां कंपन मौजूद है लेकिन गंभीर नहीं है, मानक स्वैगिंग के साथ 1.2 से 1.4 मिमी की दीवार की मोटाई विशेष प्रसंस्करण की आवश्यकता के बिना विश्वसनीय संक्षारण थकान प्रदर्शन प्रदान करती है।
