კრიოგენული ტემპერატურისა და ულტრამაღალი წნევის პირობებში, სადაც გარემოში მოქმედებს როგორც კრიოგენული ტემპერატურა, ასევე ულტრამაღალი წნევა — სადაც გარემო თხევადი აზოტია (დუღილის წერტილი: -196°C), სამუშაო ტემპერატურა -200°C-მდე ეცემა და წნევა 20 მპა-ს (~200 ატმ) აღწევს — ნებისმიერი დალუქვის კომპონენტის გაუმართაობამ შეიძლება კატასტროფული შედეგები გამოიწვიოს. 110 მმ შიდა დიამეტრისა და 3.2 მმ მავთულის დიამეტრის მქონე ლითონის დალუქვის რგოლებისთვის მასალებისა და სტრუქტურული დიზაინის სამეცნიერო შერჩევა კრიტიკულად მნიშვნელოვანი ხდება.
I. ძირითადი გამოწვევები ექსტრემალურ პირობებში
- დაბალი ტემპერატურის ზემოქმედება-დამსხვრევის ხაფანგი:-200°C-ზე, მასალების უმეტესობის სიმტკიცე მკვეთრად ეცემა, ხოლო სიმყიფე იზრდება. დალუქვის რგოლები სტრესის კონცენტრაციის ან მცირე დარტყმის გამო კატასტროფული მოტეხილობის რისკის ქვეშაა.
- მაღალი წნევის დეფორმაციის საფრთხე:20 მპა წნევა მოითხოვს ულტრამაღალ დენადობის ზღვარს და დეფორმაციის საწინააღმდეგო სიმტკიცეს, რათა თავიდან იქნას აცილებული ზედმეტი შეკუმშვით, ექსტრუზიით (ფლანგის ნაპრალებიდან) ან სტრუქტურული არასტაბილურობით გამოწვეული ცვეთა.
- თერმული შეკუმშვის შეუსაბამობის რისკი:დალუქვის რგოლების მასალებს (მაგ., უჟანგავი ფოლადი) და ფლანგის მასალებს შორის თერმული გაფართოების კოეფიციენტების (CTE) სხვაობამ შეიძლება გამოიწვიოს დალუქვის კონტაქტის დაკარგვა, წნევის გაჟონვა ან ლოკალიზებული სტრესით გადატვირთვა.
- თხევადი აზოტის თავსებადობა:თხევადი აზოტის ქიმიური ინერტულობის მიუხედავად, დალუქვის მასალები სრულად სტაბილური უნდა დარჩეს -200°C ტემპერატურაზე, რაც გამორიცხავს მყიფეობის, ფაზური გადასვლების ან დაშლის რისკებს.
- დალუქვის მოვლის შესაძლებლობა:მასალებს სჭირდებათ ზომიერი პლასტმასის ნაკადი („ცივი ნაკადი“) მიკროსკოპული ფლანგის დეფექტების შესავსებად და საწყისი დალუქვის მისაღწევად. მათ უნდა შეინარჩუნონ საკმარისი ელასტიურობის აღდგენა წნევის რყევების ან თერმული ციკლების გასამკლავებლად.
II. ძირითადი რეკომენდაციები: აუსტენიტური უჟანგავი ფოლადი და სპეციალური შენადნობები
შესრულების ბალანსის, ეკონომიურობისა და მიწოდების ჯაჭვის სიმწიფის გათვალისწინებით, -200°C/20MPa-ზე 110×3.2 მმ რგოლებისთვის პრიორიტეტულია შემდეგი მასალები:
- გაძლიერებული აუსტენიტური უჟანგავი ფოლადი (ძირითადი არჩევანი):
- შეფასებები:304 ლ / 316 ლ.ნახშირბადის ულტრადაბალი შემცველობა ამცირებს კარბიდის დალექვის რისკს შედუღების ან თერმული ციკლის დროს, რაც უზრუნველყოფს კრიოგენულ სიმტკიცეს.შესანიშნავი მსხვრევადობა მსხვრევადობის მიმართ, კარგი დამუშავების უნარი და თხევადი აზოტის თავსებადობა მათ ოპტიმალურს ხდის. 304L სიმტკიცე საკმარისია 20 მპა-ზე; თუ კოროზიული მინარევების კვალი არსებობს, განაახლეთ Mo-ს შემცველ 316L-მდე.
- ძირითადი უპირატესობები:ინდუსტრიული სიმწიფე, ხარჯების კონტროლი, უმაღლესი კრიოგენული სიმტკიცე (შარპის V-ჭრელი დარტყმითი ეფექტი >100 ჯ -196°C-ზე).
- სახელმწიფო რეკომენდაცია:ხსნარში გამოწვა, ცივად გაწელილი მავთული, კრიოგენული დამუშავებით და ზუსტი დაფქვით.
- ალუმინის ბრინჯაო (კრიტიკული ალტერნატივა):
- შეფასებები: C95400 (CuAl10Fe3) / C95500 (CuAl11Fe6Ni6).
- ძირითადი უპირატესობები:შეუდარებელი კრიოგენული სიმტკიცე (ინარჩუნებს პლასტიურობას -269°C-მდე), მაღალი სიმტკიცე/სიმტკიცე ექსტრუზიის/ცვეთისადმი წინააღმდეგობისთვის, შესანიშნავი ცივი დინება ზედაპირის შესაბამისობის დალუქვისთვის და უკეთესი თბოგამტარობა, ვიდრე უჟანგავი ფოლადი.
- გასათვალისწინებელი საკითხები:იდეალურია დინამიური ხახუნის/ხშირი დაშლისთვის. დაბალი რისკი სუფთა თხევად აზოტში, მაგრამ შეფასებულია ჟანგბადთან პოტენციური თავსებადობა. უფრო მაღალი ღირებულებაა, ვიდრე უჟანგავი ფოლადი.
- ნიკელზე დაფუძნებული შენადნობები (მაღალი ხარისხის სარეზერვო ასლი):
- შეფასებები:ინკონელი 718 (მაღალი სიმტკიცის), ჰასტელოი C-276/C-22 (კოროზიისადმი მდგრადობა).
- სარგებელი:Inconel 718 გამოირჩევა პლასტიურობით -253°C-ზე და ულტრამაღალი სიმტკიცით (>20MPa). ჰასტელოი გამოირჩევა კოროზიული მინარევების (მაგ., მჟავების, Cl⁻ იონების) მიმართ შესანიშნავი მდგრადობით.
- შეზღუდვები:მაღალი ღირებულება და წარმოების სირთულე; განკუთვნილია ექსტრემალური წნევის/კოროზიის რისკებისთვის.
კრიტიკული მასალა: 304L-ის მახასიათებლების მონაცემები -200°C-ზე
| ქონება | 304L აუსტენიტური უჟანგავი ფოლადი (-200°C) | მნიშვნელობა |
|---|---|---|
| დაჭიმვის სიმტკიცე (Rm) | ≈ 1500 მპა | ორმაგია RT-სთან შედარებით; უძლებს 20MPa-ს |
| მოტეხილობისადმი გამძლეობა (K_IC) | 120-180 მპა·√მ | ხელს უშლის მყიფე მოტეხილობას |
| CTE (α) | 10.5 ×10⁻⁶/კ | ფლანგის CTE-სთან შესაბამისობა |
| თბოგამტარობა (λ) | ≈ 9 W/(მ·კ) | აუმჯობესებს თერმული განაწილებას |
III. სტრუქტურული ოპტიმიზაცია 110×3.2 მმ რგოლებისთვის
- მავთულის დიამეტრის ანალიზი:3.2 მმ მავთულის დიამეტრი (110 მმ შიდა დიამეტრის წინააღმდეგ) უზრუნველყოფს საკმარის განივი კვეთას 20 მპა წნევისა და დეფორმაციის გასაძლოდ. უფრო თხელი მავთულები დაინგრევა.
- სასურველი ბეჭდის დიზაინები:
- C-რგოლი:მარტივი C-ფორმის განივი კვეთა. საშუალო შეკუმშვა (მავთულის დიამეტრის 15–25%). საიმედოობა 70 მპა+-მდე. დაბალი ღირებულება, იდეალურია სტატიკური დალუქვისთვის.
- E-რგოლი:ინვერსიული E-ფორმის განივი კვეთა (ორმაგი დალუქვის ხაზები). უკეთესი მდგრადობა თერმული ციკლის/ვიბრაციის მიმართ. უფრო მაღალი ტოლერანტობა ფლანგის არასწორი განლაგების მიმართ.
- ზედაპირის გაუმჯობესება:დალუქვის ზედაპირები უნდა იყოს სარკისებური საფარის მქონე (Ra ≤ 0.8µm, იდეალურ შემთხვევაში≤0.4µm). წაისვით თხელი ვერცხლის საფარი (<5 მკმ) თერმული კონტაქტის/კრიოგენული დალუქვის გასაძლიერებლად.
IV. წარმოება, მონტაჟი და ხარისხის კონტროლი
- მასალის მოპოვება:კრიოგენულად სერტიფიცირებული მიკვლევადი მავთული (მაგ., ASTM A276/A479). კონტროლი P≤0.015%, S≤0.003%.
- ზუსტი წარმოება:
- დაძაბულობის კონტროლირებადი ცივი ფორმირება + დაძაბულობის შემსუბუქების გამოწვა.
- შედუღება: მაღალი სისუფთავის Ar TIG + 100% RT შემოწმება + კრიოციკლინგი.
- განზომილებიანი სიზუსტე: ±0.02 მმ დიამეტრი, ოვალურობა ≤0.03 მმ.
- ზედაპირის დასრულება:საბოლოო ელექტროლიტური/ქიმიური გაპრიალება მიკრობზარების მოსაშორებლად (Ra ≤0.4µm).
- ინსტალაციის პროტოკოლი:
- ფლანგის მოთხოვნები:Ra ≤1.6µm, პარალელიზმი ≤0.05 მმ.
- ჭანჭიკების წინასწარი დაჭიმვა: გამოიყენეთ კალიბრირებული ჰიდრავლიკური დაჭიმვის მოწყობილობები. წინასწარი დატვირთვისთვის გამოიყენეთ კრიოგენული კომპენსაცია.არასდროს არ მოუჭიროთ დარტყმითი ლენტი!
- გაგრილების პროტოკოლი: ტემპური გაგრილება≤5°C/წთთერმული შოკის თავიდან ასაცილებლად.
V. დასკვნა
თხევადი აზოტისთვის -200°C/20MPa ტემპერატურაზე,კრიო-დამუშავებული 304L/316L უჟანგავი ფოლადიØ110×3.2 მმ დალუქვისთვის ოპტიმალურ სიმტკიცეს, სიმტკიცეს და ეკონომიურობას გთავაზობთ.ალუმინის ბრინჯაო (C95500)გამოირჩევა ცვეთის/ხშირი მოვლის სცენარებში, ხოლო ნიკელის შენადნობები (Inconel 718/Hastelloy)ექსტრემალური წნევის/კოროზიის წინააღმდეგ ბრძოლა.
საბოლოო საიმედოობა დამოკიდებულია:
- უნაკლო მასალების მოძიება
- ზუსტი წარმოება (განსაკუთრებით ზედაპირის დამუშავება)
- მკაცრი ინსტალაციის დისციპლინა.
გამოქვეყნების დრო: 2025 წლის 7 აგვისტო