Ingurune gogorretan, tenperatura kriogenikoei eta presio ultra-altuei menpe —non medioa nitrogeno likidoa den (irakite-puntua: -196 °C), funtzionamendu-tenperatura -200 °C-ra jaisten den eta presioa 20 MPa-ra (~200 atm) iristen den—, zigilatzeko edozein osagairen matxurak ondorio katastrofikoak sor ditzake. 110 mm-ko barne-diametroa eta 3,2 mm-ko alanbre-diametroa duten metalezko zigilatzeko eraztunentzat, materialen hautaketa zientifikoa eta egitura-diseinua funtsezkoak dira.
I. Muturreko baldintzetan dauden erronka nagusiak
- Tenperatura baxuko hauskortasun-tranpa:-200 °C-tan, material gehienen gogortasuna amildu egiten da, eta hauskortasuna, berriz, gora egiten du. Zigilatzeko eraztunek haustura katastrofikoen arriskua dute tentsio-kontzentrazioaren edo talka txikiaren ondorioz.
- Presio handiko deformazio mehatxua:20MPa-ko presioak etekin-erresistentzia ultra-altua eta deformazioaren aurkako zurruntasuna eskatzen ditu gehiegizko konpresioak, estrusioak (briden arteko hutsuneetatik) edo egitura-ezegonkortasunak eragindako hutsegiteak saihesteko.
- Uzkurdura Termikoaren Desegokitze Arriskua:Zigilatzeko eraztunen materialen (adibidez, altzairu herdoilgaitza) eta brida-materialen arteko hedapen termikoaren koefizienteen (CTE) desberdintasunek zigiluaren kontaktu-galera, presio-ihesak edo tokiko tentsio-gainkarga eragin ditzakete.
- Nitrogeno likidoaren bateragarritasuna:Nitrogeno likidoaren inertzia kimikoa izan arren, zigilatzeko materialak guztiz egonkor mantendu behar dira -200 °C-tan, hauskortzeko, fase-trantsizioetarako edo deskonposiziorako arriskuak saihestuz.
- Zigilatzeko Mantentze Gaitasuna:Materialek plastiko-fluxu moderatua ("fluxu hotza") behar dute brida-akats mikroskopikoak betetzeko eta hasierako zigilatzea lortzeko. Presio-gorabeherak edo ziklo termikoak kudeatzeko nahikoa berreskurapen elastiko mantendu behar dute.
II. Gomendio nagusiak: Altzairu herdoilgaitz austenitikoa eta aleazio bereziak
Errendimenduaren oreka, kostu-eraginkortasuna eta hornikuntza-katearen heldutasuna kontuan hartuta, -200 °C/20 MPa-ko tenperaturapean dauden 110 × 3,2 mm-ko eraztunetarako lehentasuna ematen zaie material hauei:
- Altzairu austenitiko herdoilgaitz hobetua (aukera nagusia):
- Mailak:304L / 316L.Karbono eduki ultra-baxuak karburoaren prezipitazio arriskua minimizatzen du soldaduran edo ziklo termikoan zehar, gogortasun kriogenikoa bermatuz.Hauskortzearen aurkako erresistentzia bikainak, mekanizagarritasun onak eta nitrogeno likidoarekiko bateragarritasunak optimo bihurtzen dituzte. 304L-ren indarra 20MPa-tan nahikoa da; korrosibo ezpurutasunen arrastoak badaude, Mo duen 316L-ra aldatu.
- Abantaila nagusiak:Industriaren heldutasuna, kostuen kontrola, kriogeniaren gogortasun bikaina (Charpy V-koska inpaktua >100J -196 °C-tan).
- Estatuaren gomendioa:Disoluzio-erreketa bidezko alanbre hotzean tiratua, tratamendu kriogenikoarekin eta zehaztasun handiko artezketarekin.
- Aluminiozko brontzea (alternatiba kritikoa):
- Mailak:C95400 (CuAl10Fe3) / C95500 (CuAl11Fe6Ni6).
- Abantaila nagusiak:Kriogeniko gogortasun paregabea (-269 °C-raino harikortasuna mantentzen du), estrusioa/higadura jasateko erresistentzia/gogortasun handia, zigilatzeko gainazalaren egokitasuna lortzeko fluxu hotza bikaina eta altzairu herdoilgaitzak baino eroankortasun termiko hobea.
- Kontuan hartu beharrekoak:Marruskadura dinamikorako/desmuntaketa maizetarako aproposa. Arrisku txikia nitrogeno likido puruan, baina oxigenoarekiko bateragarritasun potentziala ebaluatu. Altzairu herdoilgaitza baino kostu handiagoa.
- Nikelezko aleazioak (errendimendu handiko babeskopia):
- Mailak:Inconel 718 (erresistentzia handia), Hastelloy C-276/C-22 (korrosioarekiko erresistentzia).
- Abantailak:Inconel 718ak harikortasun handia eskaintzen du -253 °C-tan, eta erresistentzia ultra-handia (>20 MPa). Hastelloyak korrosibo ezpurutasunen aurrean (adibidez, azidoak, Cl⁻ ioiak) bikaina da.
- Mugak:Kostu handia eta fabrikazio-konplexutasuna; presio handietarako/korrosio-arriskuetarako gordeta.
Material kritikoa: 304L-ren errendimendu-datuak -200 °C-tan
| Jabetza | 304L Altzairu Herdoilgaitz Austenitikoa (-200 °C) | Garrantzia |
|---|---|---|
| Trakzio-erresistentzia (Rm) | ≈ 1500 MPa | Bikoiztua RTren aurka; 20MPa jasaten ditu |
| Haustura-gogorra (K_IC) | 120-180 MPa·√m | Haustura hauskorrak saihesten ditu |
| CTE (α) | 10,5 × 10⁻⁶/K | Bat etorri bridarekin CTE |
| Eroankortasun termikoa (λ) | ≈ 9 W/(m·K) | Banaketa termikoa hobetzen du |
III. 110×3.2mm-ko eraztunentzako egitura-optimizazioa
- Kablearen diametroaren analisia:3,2 mm-ko alanbre-diametroak (110 mm-ko barne-diametroaren aldean) 20 MPa-ko presioari eta deformazioari aurre egiteko nahikoa zeharkako sekzio ematen du. Alanbre meheagoak erori egingo lirateke.
- Hobetsitako zigilu diseinuak:
- C eraztuna:C formako zeharkako sekzio sinplea. Konpresio moderatua (alanbrearen diametroaren % 15-25). 70 MPa+ arte fidagarria. Kostu txikiagoa, zigilu estatikoetarako aproposa.
- E-eraztuna:E alderantzizko sekzioa (zigilatze-lerro bikoitzak). Ziklo termiko/bibrazioarekiko erresilientzia hobea. Briden deslerrokadurarekiko tolerantzia handiagoa.
- Gainazalaren hobekuntza:Zigilu-gainazalek ispilu-akabera izan behar dute (Ra ≤ 0.8µm, idealki≤0,4µm). Zilarrezko estaldura mehea aplikatu (<5µm) kontaktu termikoa/zigilatze kriogenikoa hobetzeko.
IV. Fabrikazioa, instalazioa eta kalitate-kontrola
- Materialen hornidura:Trazagarri den kriogenikoki ziurtatutako alanbrea (adibidez, ASTM A276/A479). Kontrol P≤%0,015, S≤%0,003.
- Zehaztasun handiko fabrikazioa:
- Tentsio kontrolatuko konformazio hotza + tentsioa arintzeko erreketa.
- Soldadura: Ar TIG purutasun handikoa + %100eko RT ikuskapena + kriozikloa.
- Dimentsio-zehaztasuna: ±0,02 mm diametroa, obalitatea ≤0,03 mm.
- Gainazaleko akabera:Mikro-arrailak kentzeko azken leuntze elektrolitiko/kimikoa (Ra ≤0.4µm).
- Instalazio Protokoloa:
- Briden eskakizunak:Ra ≤1.6µm, paralelismoa ≤0,05 mm.
- Torlojuen aurre-tentsioa: Erabili kalibratutako tentsore hidraulikoak. Aplikatu konpentsazio kriogenikoa aurre-kargari.Inoiz ez estutu inpaktu bidez!
- Hozte-protokoloa: Arrapala-hoztea≤5 °C/minkolpe termikoa saihesteko.
V. Ondorioa
Nitrogeno likidoarentzat -200 °C/20 MPa-tan,kriogenizatuta tratatutako 304L/316L altzairu herdoilgaitza-ek gogortasun, erresistentzia eta kostu-eraginkortasun optimoak eskaintzen ditu Ø110×3,2 mm-ko zigiluetarako.Aluminiozko brontzea (C95500)higadura/mantentze-lan maizetan bikaina da, etanikel aleazioak (Inconel 718/Hastelloy)Muturreko presioa/korrosioa konpontzea.
Fidagarritasun gorena honen araberakoa da:
- Materialen hornidura ezin hobea
- Zehaztasun handiko fabrikazioa (batez ere gainazaleko akabera)
- Instalazio diziplina zorrotza.
Argitaratze data: 2025eko abuztuak 7