क्रायोजेनिक तापमान और अति-उच्च दाब, दोनों के अधीन कठोर वातावरण में—जहाँ माध्यम द्रव नाइट्रोजन (क्वथनांक: -196°C) हो, परिचालन तापमान -200°C तक गिर जाए, और दाब 20MPa (~200 atm) तक पहुँच जाए—किसी भी सीलिंग घटक की विफलता विनाशकारी परिणाम उत्पन्न कर सकती है। 110 मिमी के आंतरिक व्यास और 3.2 मिमी के तार व्यास वाली धातु सीलिंग रिंगों के लिए, सामग्रियों का वैज्ञानिक चयन और संरचनात्मक डिज़ाइन महत्वपूर्ण हो जाता है।
I. चरम स्थितियों में मुख्य चुनौतियाँ
- निम्न-तापमान भंगुरता जाल:-200°C पर, अधिकांश सामग्रियों की कठोरता कम हो जाती है, जबकि भंगुरता बढ़ जाती है। सीलिंग रिंग्स में तनाव के संकेंद्रण या मामूली प्रभाव के कारण विनाशकारी फ्रैक्चर का खतरा होता है।
- उच्च दबाव विरूपण का खतरा:20 एमपीए दबाव के लिए अत्यधिक संपीड़न, निष्कासन (फ्लैंज अंतराल से) या संरचनात्मक अस्थिरता के कारण होने वाली विफलता को रोकने के लिए अति-उच्च उपज शक्ति और विरूपण-विरोधी कठोरता की आवश्यकता होती है।
- थर्मल संकुचन बेमेल जोखिम:सीलिंग रिंग सामग्रियों (जैसे, स्टेनलेस स्टील) और फ्लैंज सामग्रियों के बीच तापीय विस्तार गुणांक (सीटीई) में अंतर, सील संपर्क हानि, दबाव रिसाव, या स्थानीयकृत तनाव अधिभार का कारण बन सकता है।
- तरल नाइट्रोजन संगतता: तरल नाइट्रोजन की रासायनिक निष्क्रियता के बावजूद, सीलिंग सामग्री को -200°C पर पूरी तरह से स्थिर रहना चाहिए, जिससे भंगुरता, चरण संक्रमण या अपघटन का जोखिम समाप्त हो जाता है।
- सीलिंग रखरखाव क्षमता: सूक्ष्म फ्लैंज दोषों को भरने और प्रारंभिक सीलिंग प्राप्त करने के लिए सामग्रियों को मध्यम प्लास्टिक प्रवाह ("शीत प्रवाह") की आवश्यकता होती है। दबाव में उतार-चढ़ाव या तापीय चक्रों को संभालने के लिए उन्हें पर्याप्त प्रत्यास्थ पुनर्प्राप्ति बनाए रखनी चाहिए।
II. प्राथमिक अनुशंसाएँ: ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील और विशेष मिश्र धातुएँ
प्रदर्शन संतुलन, लागत प्रभावशीलता और आपूर्ति श्रृंखला परिपक्वता को ध्यान में रखते हुए, -200°C/20MPa के अंतर्गत 110×3.2 मिमी रिंगों के लिए निम्नलिखित सामग्रियों को प्राथमिकता दी जाती है:
- उन्नत ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील (प्राथमिक विकल्प):
- ग्रेड: 304एल / 316एल.अल्ट्रा-लो कार्बन सामग्री वेल्डिंग या थर्मल साइकलिंग के दौरान कार्बाइड अवक्षेपण जोखिम को कम करती है, जिससे क्रायोजेनिक मजबूती सुनिश्चित होती है।भंगुरता के प्रति उत्कृष्ट प्रतिरोध, अच्छी मशीनीयता, तथा द्रव नाइट्रोजन अनुकूलता इन्हें सर्वोत्तम बनाती है। 304L सामर्थ्य 20MPa पर पर्याप्त है; यदि संक्षारक अशुद्धियों के अंश मौजूद हों तो Mo-युक्त 316L तक अपग्रेड करें।
- मुख्य लाभ: उद्योग परिपक्वता, लागत नियंत्रण, बेहतर क्रायोजेनिक मजबूती (-196 डिग्री सेल्सियस पर चार्पी वी-नोच प्रभाव >100J)।
- राज्य की सिफ़ारिश:क्रायोजेनिक उपचार और परिशुद्ध पीस के साथ समाधान-एनील्ड शीत-खींचा तार।
- एल्युमिनियम कांस्य (महत्वपूर्ण विकल्प):
- ग्रेड: C95400 (CuAl10Fe3) / C95500 (CuAl11Fe6Ni6).
- मुख्य लाभ:बेजोड़ क्रायोजेनिक दृढ़ता (-269 डिग्री सेल्सियस तक लचीलापन बनाए रखती है), निष्कासन/घिसाव का प्रतिरोध करने के लिए उच्च शक्ति/कठोरता, सतह अनुरूपता को सील करने के लिए उत्कृष्ट शीत प्रवाह, और स्टेनलेस स्टील की तुलना में बेहतर तापीय चालकता।
- विचारणीय बातें:गतिशील घर्षण/बार-बार वियोजन के लिए आदर्श। शुद्ध द्रव नाइट्रोजन में कम जोखिम, लेकिन संभावित ऑक्सीजन अनुकूलता का आकलन। स्टेनलेस स्टील की तुलना में अधिक लागत।
- निकल-आधारित मिश्र धातु (उच्च-प्रदर्शन बैकअप):
- ग्रेड: इनकोनेल 718 (उच्च शक्ति), हेस्टेलॉय सी-276/सी-22 (संक्षारण प्रतिरोध)।
- लाभ:इनकोनेल 718 -253°C पर लचीलापन और अति-उच्च शक्ति (>20MPa) प्रदान करता है। हेस्टेलॉय संक्षारक अशुद्धियों (जैसे, अम्ल, Cl⁻ आयन) में उत्कृष्ट है।
- सीमाएँ:उच्च लागत और विनिर्माण जटिलता; अत्यधिक दबाव/संक्षारण जोखिम के लिए आरक्षित।
महत्वपूर्ण सामग्री: -200°C पर 304L के लिए प्रदर्शन डेटा
| संपत्ति | 304L ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील (-200°C) | महत्व |
|---|---|---|
| तन्य शक्ति (आरएम) | ≈ 1500 एमपीए | डबल्स बनाम आरटी; 20 एमपीए का सामना कर सकता है |
| फ्रैक्चर कठोरता (K_IC) | 120-180 एमपीए·√मी | भंगुर फ्रैक्चर को रोकता है |
| सीटीई (α) | 10.5 ×10⁻⁶/के | फ्लैंज CTE के साथ मिलान करें |
| तापीय चालकता (λ) | ≈ 9 W/(m·K) | तापीय वितरण में सुधार करता है |
III. 110×3.2 मिमी रिंगों के लिए संरचनात्मक अनुकूलन
- तार व्यास विश्लेषण:3.2 मिमी तार व्यास (बनाम 110 मिमी आईडी) 20 एमपीए दबाव और विरूपण का प्रतिरोध करने के लिए पर्याप्त क्रॉस-सेक्शन प्रदान करता है। पतले तार टूट जाएँगे।
- पसंदीदा सील डिज़ाइन:
- सी-रिंग:सरल C-आकार का अनुप्रस्थ काट। मध्यम संपीड़न (तार व्यास का 15-25%)। 70MPa+ तक विश्वसनीय। कम लागत, स्थिर सील के लिए आदर्श।
- ई-रिंग:उलटे E-आकार का क्रॉस-सेक्शन (दोहरी सीलिंग रेखाएँ)। तापीय चक्रण/कंपन के लिए बेहतर लचीलापन। फ्लैंज के गलत संरेखण के प्रति उच्च सहनशीलता।
- सतह संवर्धन: सील सतहों को दर्पण फिनिश प्राप्त करना चाहिए (रा ≤ 0.8µm, आदर्श रूप से ≤0.4µm) पतली चांदी की परत चढ़ाएं (<5µm) तापीय संपर्क/क्रायोजेनिक सीलिंग को बढ़ाने के लिए।
IV. विनिर्माण, स्थापना और गुणवत्ता नियंत्रण
- सामग्री सोर्सिंग: ट्रेस करने योग्य क्रायोजेनिक-प्रमाणित तार (जैसे, ASTM A276/A479)। नियंत्रण P≤0.015%, S≤0.003%।
- परिशुद्ध विनिर्माण:
- तनाव-नियंत्रित शीत गठन + तनाव-राहत एनीलिंग।
- वेल्डिंग: उच्च शुद्धता Ar TIG + 100% RT निरीक्षण + क्रायो-साइक्लिंग।
- आयामी सटीकता: ±0.02 मिमी व्यास, अंडाकारता ≤0.03 मिमी।
- सतह परिष्करण:सूक्ष्म दरारें हटाने के लिए अंतिम इलेक्ट्रोलाइटिक/रासायनिक पॉलिशिंग (रा ≤0.4µm).
- स्थापना प्रोटोकॉल:
- फ्लैंज आवश्यकताएँ: रा ≤1.6µm, समानांतरता ≤0.05 मिमी.
- बोल्ट प्री-टेंशन: कैलिब्रेटेड हाइड्रोलिक टेंशनर का इस्तेमाल करें। प्रीलोड पर क्रायोजेनिक कंपनसेशन लागू करें।कभी भी प्रभाव-कसना मत!
- कूलिंग प्रोटोकॉल: रैंप कूलिंग ≤5°C/मिनटतापीय आघात से बचने के लिए।
V. निष्कर्ष
-200°C/20MPa पर तरल नाइट्रोजन के लिए, क्रायो-उपचारित 304L/316L स्टेनलेस स्टीलØ110×3.2 मिमी सील के लिए इष्टतम कठोरता, ताकत और लागत दक्षता प्रदान करता है।एल्युमिनियम कांस्य (C95500) पहनने/बार-बार रखरखाव परिदृश्यों में उत्कृष्टता प्राप्त करता है, जबकि निकल मिश्र धातु (इनकोनेल 718/हैस्टेलॉय) अत्यधिक दबाव/संक्षारण को संबोधित करें।
अंतिम विश्वसनीयता इस पर निर्भर करती है:
- त्रुटिहीन सामग्री स्रोत
- परिशुद्ध विनिर्माण (विशेषकर सतह परिष्करण)
- सख्त स्थापना अनुशासन.
पोस्ट करने का समय: अगस्त-07-2025