อลูมิเนียมอัลลอยด์เป็นหนึ่งในโลหะโครงสร้างไม่กี่ชนิดที่มีความแข็งแรงมากกว่าเปราะมากขึ้นเมื่ออุณหภูมิลดลงจนเหลือศูนย์สัมบูรณ์ พฤติกรรมดังกล่าวทำให้พวกเขาเป็นตัวเลือกเริ่มต้นสำหรับการบรรจุก๊าซธรรมชาติเหลว คอลัมน์แยกอากาศ โครงสร้างแม่เหล็กยิ่งยวด และแท่นทดสอบความเย็นเยือกแข็ง โดยที่เหล็กจะต้องได้รับ-เกรดที่ผ่านการทดสอบและการกระแทกอย่างระมัดระวัง-การควบคุมอุณหภูมิ เหตุผลอยู่ที่โครงสร้างผลึกและการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่เมื่อพลังงานความร้อนหายไปเกือบหมด
เหตุใดใบหน้า-โครงสร้างลูกบาศก์ที่อยู่ตรงกลางจึงมีความสำคัญที่อุณหภูมิต่ำ
อะลูมิเนียมมีโครงตาข่ายลูกบาศก์ตรงกลาง-พร้อมระบบสลิปสิบสองระบบ และไม่แสดงการเปลี่ยนแปลงแบบเหนียว-ถึง-แบบเปราะแบบที่พบในเหล็กลูกบาศก์ตรงกลางตัว- การลดอุณหภูมิจะทำให้เกิดความเครียดที่จำเป็นในการเคลื่อนย้ายการเคลื่อนที่ ในขณะที่จำนวนระบบสลิปที่มีอยู่ไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้นวัสดุจึงแข็งตัวโดยไม่สูญเสียความสามารถในการเปลี่ยนรูปเป็นพลาสติก นี่คือเหตุผลว่าทำไมส่วนประกอบอะลูมิเนียมจึงสามารถชุบแข็งด้วยไนโตรเจนเหลวหรือฮีเลียมเหลวได้ โดยไม่สูญเสียความเหนียวที่เกิดขึ้นร่วมกับเหล็กเฟอร์ริติกในทันที
การนำความร้อนสูงของอะลูมิเนียมทำงานในทิศทางเดียวกัน: กระจายความร้อนอย่างสม่ำเสมอผ่านส่วนประกอบ ซึ่งจำกัดการไล่ระดับความร้อนเฉพาะที่อาจสร้างความเครียดทุติยภูมิสูงในผนังภาชนะหรือสตรัทรองรับ
แนวโน้มทรัพย์สินทางกลต่ำกว่า -150 องศา
อลูมิเนียมอัลลอยด์ส่วนใหญ่จะรับแรงดึงและความแข็งแรงของผลผลิตเมื่ออุณหภูมิลดลงต่ำกว่า -150 องศา ในขณะที่การยืดตัวเพิ่มขึ้นหรือคงความเสถียรเป็นหลักเนื่องจากการเคลื่อนตัวของการเคลื่อนที่ถูกระงับ และการเสียรูปจะแพร่กระจายผ่านโครงตาข่ายมากกว่าการเปลี่ยนตำแหน่ง
ความต้านทานแรงดึงจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ จนถึงอุณหภูมิฮีเลียมเหลว โดยมีค่าเพิ่มขึ้นสัมพัทธ์มากที่สุดในตระกูล 5xxx และ 1xxx
การยืดตัวจะคงอยู่หรือดีขึ้น ตัวอย่างเช่นโลหะผสม 5083 รักษาการยืดตัวมากกว่า 20% ที่ -269 องศา
ความไวของรอยบากจะลดลง ดังนั้น ชิ้นงานทดสอบแรงดึงที่มีรอยบากจึงมีค่าปรับน้อยกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับชิ้นงานที่เรียบมากกว่าที่อุณหภูมิห้อง
การเติบโตของรอยแตกร้าวจากความล้าสามารถเร่งได้ภายใต้วงจรความร้อนที่รุนแรง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการประเมินความล้าจากความร้อนสำหรับส่วนประกอบไครโอเจนิกที่ถูกโหลดแบบวัฏจักร
ความทนทานต่อการแตกหักยังคงสูง ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่ทำให้ตระกูลโลหะผสมมีคุณสมบัติในการให้บริการกักเก็บ
การเปลี่ยนแปลงทางโลหะวิทยาที่อุณหภูมิเยือกแข็ง
การเปลี่ยนแปลงที่น่าสนใจคืออุณหพลศาสตร์มากกว่าโครงสร้าง ความสามารถในการละลายของธาตุผสม เช่น แมกนีเซียม จะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิลดลง ดังนั้นตัวถูกละลายใดๆ ที่ละลายอยู่จึงเกินขีดจำกัดสมดุลมาก อย่างไรก็ตาม การแพร่กระจายจะถูกแช่แข็งอย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้นการแข็งตัวของฝนจึงไม่สามารถดำเนินต่อไปได้ และ-จะไม่เกิดการเสื่อมสภาพเกินในระหว่างการให้บริการ ผลในทางปฏิบัติคือ:
อะตอมของตัวถูกละลายยังคงตรึงการเคลื่อนที่ซึ่งเป็นเหตุผลหนึ่งที่ทำให้ความแข็งแรงของผลผลิตเพิ่มขึ้น
กระบวนการควบคุมการแพร่กระจาย- รวมถึงการตกตะกอนและการฟื้นตัว จะถูกระงับเกือบทั้งหมด
ไม่มีการเปลี่ยนแปลงแบบยืดหยุ่น-ถึง-แบบเปราะ ตรงกันข้ามกับโลหะลูกบาศก์ที่มีศูนย์กลางอยู่ที่ตัวถัง-
การออกแบบจะต้องคำนึงถึงการหดตัวด้วยความร้อน เนื่องจากการหดตัวของอลูมิเนียมแตกต่างจากการหดตัวของเหล็กหรือวัสดุคอมโพสิตที่มักจะถูกยึดด้วยสลักเกลียว
คุณลักษณะเหล่านี้คือสิ่งที่ทำให้อลูมิเนียมสามารถนำมาใช้เป็นส่วนประกอบโครงสร้างของระบบแม่เหล็กที่มีตัวนำยิ่งยวดได้ โดยที่ต้องใช้วัสดุที่ไม่เป็นแม่เหล็ก มีความเสถียรในมิติ และเป็นสื่อนำความร้อนที่อุณหภูมิฮีเลียมเหลว
การเลือกโลหะผสมสำหรับบริการไครโอเจนิก
| ชุด | พฤติกรรมไครโอเจนิกส์ | การใช้งานทั่วไป |
|---|---|---|
| 5xxx (อัล-มก.) | ความเหนียวและความเหนียวที่ยอดเยี่ยม 5083 รักษาการยืดตัวมากกว่า 20% ที่ -269 องศา | ถัง LNG ถังแช่แข็ง โครงสร้างแบบเชื่อม |
| 6xxx (อัล-มก.-ศรี) | เชื่อมได้ดีและมีความแข็งแรงปานกลาง คุณสมบัติคงที่เมื่ออารมณ์แล้ว | ส่วนประกอบและส่วนรองรับของถังไครโอเจนิก |
| 1xxx (ความบริสุทธิ์สูง) | การนำไฟฟ้าสูงมากพร้อมการตอบสนองทางแม่เหล็กต่ำ | ส่วนประกอบแม่เหล็กยิ่งยวดและชิ้นส่วนไครโอสแตต |
| 3xxx (อัล-ล้าน) | ขึ้นรูปได้ดีและมีความแข็งแรงในการแช่แข็งปานกลาง | การใช้งานท่อแลกเปลี่ยนความร้อนและท่อ |
ซีรีส์ 5xxx ยังคงใช้ได้ผลดีสำหรับการบรรจุด้วยความเย็นแบบเชื่อม เนื่องจากมีการผสมผสานความเหนียวจากการแช่แข็งเข้ากับอุณหภูมิ-ความร้อน-ที่ไม่สามารถรักษาได้ ซึ่งไม่ได้รับผลกระทบจากความร้อนจากการเชื่อม จากนั้นการเลือกโลหะผสมจะปรับแต่งตามข้อกำหนดการหดตัวเนื่องจากความร้อนและความแข็งแรงของส่วนประกอบ
กฎการเชื่อมและการผลิตสำหรับบริการไครโอเจนิกส์
การเชื่อมเป็นจุดที่การออกแบบด้วยความเย็นจัดมักล้มเหลว ดังนั้นการผลิตจึงถูกควบคุมโดยขั้นตอนที่ผ่านการรับรอง แทนที่จะใช้วิจารณญาณของผู้ปฏิบัติงาน
การเลือกโลหะฟิลเลอร์จะต้องป้องกันการแตกร้าวจากการแข็งตัว ตัวเติมแมกนีเซียมที่ตรงกันหรือสูงกว่าเล็กน้อย-เป็นเรื่องปกติสำหรับโลหะฐาน 5xxx
ความเสี่ยงของความพรุนถูกควบคุมโดยความสะอาด ก๊าซป้องกันแห้ง และวัสดุสิ้นเปลืองที่ปราศจากความชื้น- เนื่องจากการปิคอัพไฮโดรเจนเป็นสาเหตุหลักของความพรุนในการเชื่อม
การขยายตัวทางความร้อนที่ไม่ตรงกันระหว่างแนวเชื่อมและโครงสร้างที่อยู่ติดกันทำให้เกิดความเค้นตกค้าง ซึ่งได้รับการจัดการผ่านการออกแบบข้อต่อ ลำดับการเชื่อมที่สมดุล และความเครียดก่อน-ตามที่จำเป็น
โดยปกติแล้วการอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อม-มักจะหลีกเลี่ยงสำหรับงานขนาด 5xxx เพราะมันให้ประโยชน์เพียงเล็กน้อยและอาจลดคุณสมบัติลงได้ สำหรับโลหะผสมที่บำบัดความร้อนได้- จะถูกควบคุมเพื่อไม่ให้อารมณ์ถูกทำลาย
คุณสมบัติของขั้นตอนเป็นไปตามมาตรฐานการเชื่อมที่เหมาะสม เช่น ISO 15614-2 หรือ ASME Section IX ในขณะที่แผ่นฐานนั้นจ่ายให้กับ ASTM B209 หรือ GB/T 3880
การตรวจสอบแรงกระแทกและความเหนียวจะดำเนินการที่อุณหภูมิการใช้งาน ไม่ใช่ที่อุณหภูมิห้อง
คำถามที่พบบ่อย
ถาม: เหตุใดอะลูมิเนียมอัลลอยด์จึงไม่เปราะที่อุณหภูมิเยือกแข็ง
โครงตาข่ายลูกบาศก์ตรงกลางที่หน้า-ช่วยให้ระบบสลิปทั้ง 12 ระบบทำงานเมื่ออุณหภูมิลดลง ดังนั้นโลหะจึงแข็งตัวโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลง-แบบเหนียว-ไปสู่-ความเปราะที่เห็นในเหล็กกล้าลูกบาศก์ที่อยู่ตรงกลางของตัวเครื่อง-
ถาม: อลูมิเนียมอัลลอยด์ชนิดใดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการบรรจุ LNG
อัลลอยด์ 5083 เป็นวัสดุอ้างอิง โดยสามารถรักษาการยืดตัวได้มากกว่า 20% ที่ -269 องศา เชื่อมได้โดยไม่มีปัญหาการอบคืนตัวด้วยความร้อน และรักษาความเหนียวของการแตกหักสูงที่อุณหภูมิใช้งาน
Q: เมื่ออลูมิเนียมเย็นลงต่ำกว่า -150 องศา ความแข็งแรงจะเพิ่มขึ้นหรือไม่ ?
ใช่. แรงดึงและความแข็งแรงครากจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเมื่ออุณหภูมิลดลง โดยได้รับแรงหนุนจากความต้านทานที่เพิ่มขึ้นต่อการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่ และความเหนียวจะยังคงอยู่หรือปรับปรุงไปพร้อมๆ กัน
ถาม: สามารถเชื่อมอลูมิเนียมสำหรับภาชนะไครโอเจนิกโดยไม่ต้องผ่านการบำบัดความร้อนหลังการเชื่อม-ได้หรือไม่
สำหรับอัลลอยด์ 5xxx หลังการเชื่อม- โดยทั่วไปแล้วไม่จำเป็นและหลีกเลี่ยงได้ แต่ขั้นตอนการเชื่อมยังคงต้องมีคุณสมบัติตามมาตรฐานที่เป็นที่ยอมรับเพื่อควบคุมความพรุน การแตกร้าว และความเค้นตกค้าง
ถาม: อะไรคือความเสี่ยงหลักในการออกแบบโครงสร้างอลูมิเนียมไครโอเจนิก?
การหดตัวด้วยความร้อนไม่ตรงกันกับเหล็กที่อยู่ติดกันหรือโครงสร้างคอมโพสิต ซึ่งสร้างความเค้นตกค้างและความเครียดทุติยภูมิ ควบคู่ไปกับการเติบโตของรอยแตกเมื่อยล้าภายใต้การหมุนเวียนด้วยความร้อนซ้ำๆ
ถาม: เหตุใดอะลูมิเนียม 1xxx ที่มีความบริสุทธิ์สูง-จึงถูกนำมาใช้ในระบบตัวนำยิ่งยวด
โดยผสมผสานการนำความร้อนสูงเข้ากับการตอบสนองแม่เหล็กต่ำ และคงความเหนียวที่อุณหภูมิฮีเลียมเหลว ซึ่งเหมาะกับส่วนประกอบโครงสร้างไครโอสแตทและแม่เหล็ก
