Álblöndur eru meðal fárra byggingarmálma sem verða sterkari frekar en brothættari þegar hitastigið fellur í átt að algjöru núlli. Þessi hegðun gerir þá að sjálfgefnu vali fyrir innilokun fljótandi jarðgass, loftaðskilnaðarsúlur, ofurleiðandi segulbyggingar og frostprufubúnað, þar sem stál þyrfti höggprófaðar-gráður og vandlega umskipti-hitastýringu. Ástæðan liggur í kristalbyggingunni og í því hvernig tilfærslur hreyfast þegar varmaorka er nánast fjarverandi.
Hvers vegna andlits-miðja teningsbygging skiptir máli við lágt hitastig
Ál er með andlits-miðjaðri kubískri grind með tólf sleppukerfum og það sýnir engin sveigjanleg-til-brothætt umskipti af því tagi sem finnast í líkama-miðuðu kúbikstáli. Með því að lækka hitastigið hækkar álagið sem þarf til að hreyfa hreyfingar á sama tíma og fjöldi tiltækra rennikerfa er óbreyttur, þannig að efnið harðnar án þess að tapa getu til að afmyndast á plast. Þetta er ástæðan fyrir því að hægt er að slökkva álhluta í fljótandi köfnunarefni eða fljótandi helíum án skyndilegs taps á seigu sem myndi fylgja járnstáli.
Hin mikla varmaleiðni áls virkar í sömu átt: það dreifir hita jafnt í gegnum íhlut og takmarkar staðbundna varmahalla sem annars myndu mynda mikla aukaálag í æðavegg eða stoð.
Vélræn eignaþróun undir -150 gráðum
Flestar álblöndur öðlast tog- og álagsstyrk þegar hitastigið fer niður fyrir -150 gráður, en lenging annaðhvort eykst eða helst í meginatriðum stöðug vegna þess að hreyfing er bæld niður og aflögun dreifist í gegnum grindurnar frekar en staðsetning.
Togstyrkur hækkar smám saman niður í hitastig fljótandi helíums, með mesta hlutfallslega aukninguna í 5xxx og 1xxx fjölskyldunum.
Lenging er haldið eða bætt; álfelgur 5083 heldur til dæmis meira en 20% lengingu við -269 gráður.
Skornæmni minnkar, þannig að togsýni með hak sýna minni refsingu miðað við slétt sýni en við stofuhita.
Vöxtur þreytusprunga getur hraðað við alvarlegar hitauppstreymi, svo hitauppstreytumat er krafist fyrir hringlaga hlaðna frostefnaíhluti.
Brotseigja er enn mikil, sem er eiginleikin sem gerir álfjölskylduna hæfa til innilokunarþjónustu.
Málmvinnslubreytingar við Cryogenic hitastig
Áhugaverðu breytingarnar eru varmafræðilegar frekar en byggingarlegar. Leysni málmblöndurþátta eins og magnesíums minnkar verulega þegar hitastig lækkar, þannig að uppleyst efni er langt yfir jafnvægismörkum þess. Dreifing er hins vegar í raun frosin, þannig að úrkomuharðnun getur ekki haldið áfram og of-öldrun á sér ekki stað meðan á þjónustu stendur. Hagnýtu áhrifin eru:
Uppleyst frumeindir halda áfram að þrýsta út, sem er ein ástæða þess að afrakstursstyrkur hækkar.
Dreifingarstýrð ferli-, þar á meðal úrkomu og endurheimt, eru nánast algjörlega bæld.
Engin sveigjanleg-til-brothætt umskipti eiga sér stað, öfugt við líkams-miðaða kúbikmálma.
Gera verður grein fyrir varmasamdrætti við hönnun, því samdráttur áls er frábrugðinn því stáli eða samsetningu sem oft er boltað í.
Þessir eiginleikar gera það að verkum að hægt er að nota ál fyrir byggingarhluta ofurleiðandi segulkerfa, þar sem ó-segulrænt, víddarstöðugt og varmaleiðandi efni er nauðsynlegt við fljótandi helíumhita.
Val á álfelgur fyrir Cryogenic þjónustu
| Röð | Cryogenic hegðun | Dæmigert notkun |
|---|---|---|
| 5xxx (Al-Mg) | Sérstök hörku og sveigjanleika varðveisla; 5083 heldur meira en 20% lengingu við -269 gráður | LNG geymar, frystiskip, soðin mannvirki |
| 6xxx (Al-Mg-Si) | Góð suðuhæfni og meðalstyrkur; eignir stöðugar þegar þær hafa verið mildaðar | Cryogenic skipahlutir og stuðningur |
| 1xxx (mikill hreinleiki) | Mjög mikil leiðni með lágt segulsvörun | Ofurleiðandi segulhlutir og kryostatíhlutir |
| 3xxx (Al-Mn) | Góð mótun og miðlungs froststyrkur | Notkun varmaskipta og leiðslu |
5xxx serían er áfram vinnuhesturinn fyrir soðna frystivörn vegna þess að hún sameinar frystingu seigleika við ó-hita-meðhöndla skap sem er óbreytt af suðuhita. Val á málmblöndur betrumbætir síðan sérstakar hitasamdráttar- og styrkkröfur íhlutans.
Suðu- og smíðisreglur fyrir Cryogenic þjónustu
Suða er þar sem frystihönnun mistekst oftast, þannig að tilbúningur er stjórnað af hæfu verklagsreglum frekar en mati rekstraraðila.
Val á fylliefni verður að koma í veg fyrir sprungur í storknun; samsvarandi eða aðeins hærri-magnesíumfylliefni eru dæmigerð fyrir 5xxx grunnmálm.
Grophætta er stjórnað með hreinleika, þurru hlífðargasi og raka-lausum rekstrarvörum, þar sem vetnisupptaka er helsta uppspretta suðugljúps.
Ósamræmi hitauppstreymis á milli suðunnar og aðliggjandi uppbyggingar veldur afgangsálagi, sem er stjórnað með samskeytishönnun, jafnvægi suðuröð og forspennu þar sem þess er krafist.
Eftir-suðuhitameðferð er venjulega forðast fyrir 5xxx vinnu vegna þess að hún hefur lítinn ávinning og getur dregið úr eiginleikum; fyrir hita-meðhöndlaðar málmblöndur er stjórnað þannig að skapið eyðileggist ekki.
Málsmeðferðarhæfi fylgir viðeigandi suðustaðli eins og ISO 15614-2 eða ASME kafla IX, en grunnplatan sjálf er afhent ASTM B209 eða GB/T 3880.
Sannprófun á höggi og hörku er framkvæmd við þjónustuhitastig, ekki við stofuhita.
Algengar spurningar
Sp.: Af hverju verða álblöndur ekki brothættar við frosthitastig?
Andlits-miðjugrindur þeirra halda tólf sleðakerfum virkum þegar hitastigið lækkar, þannig að málmurinn harðnar án sveigjanlegrar-til-stökkrar umbreytingar sem sést í líkama-miðjaðri teningsstáli.
Sp.: Hvaða ál er mest notað fyrir LNG innilokun?
Alloy 5083 er viðmiðunarefnið: það heldur meira en 20% lengingu við -269 gráður, suðu án hitameðhöndlunarvandamála og heldur mikilli brotseigu við notkunarhitastig.
Sp.: Eykur styrkur þegar ál er kælt undir -150 gráður?
Já. Tog- og álagsstyrkur eykst jafnt og þétt eftir því sem hitastigið lækkar, knúið áfram af aukinni mótstöðu gegn hreyfingu og sveigjanleiki er venjulega viðhaldinn eða bættur á sama tíma.
Sp.: Er hægt að sjóða ál fyrir frystikerfi án hitameðhöndlunar eftir-suðu?
Fyrir 5xxx málmblöndur er hitameðhöndlun eftir-suðu almennt óþörf og er forðast, en suðuaðferðin þarf samt að vera hæf í samræmi við viðurkenndan staðal til að stjórna gropleika, sprungu og afgangsálagi.
Sp.: Hver er helsta hönnunaráhættan í frystískum álmannvirkjum?
Misræmi í hitasamdrætti gegn aðliggjandi stáli eða samsettri uppbyggingu, sem myndar afgangs- og aukaspennu, ásamt þreytusprunguvexti við endurtekna hitauppstreymi.
Sp.: Hvers vegna er há-hreint 1xxx ál notað í ofurleiðarakerfi?
Það sameinar mikla hitaleiðni með lágri segulsvörun og heldur sig sveigjanlegt við fljótandi helíumhita, sem hentar burðarhlutum í froststati og segul.
