Mengapa Lebih-Memukul Bebibir Pelekap Pemanas PFA Boleh Membawa kepada Retak Tekanan Pramatang di Akar Benang?

Pemanas rendaman berkapsul PFA-dilekatkan pada dinding tangki atau penutup menggunakan bebibir pelekap-biasanya dibina daripada PVDF, polipropilena atau keluli tahan karat dengan acuan lebih PFA. Apabila bebibir diketatkan ia memampatkan gasket pada permukaan tangki untuk membuat pengedap ketat cecair. Arahan pemasangan menyediakan julat tork untuk bolt pelekap, namun kegagalan medan biasanya berlaku pada akar benang dalam lubang bolt bebibir atau pemasangan berulir pemanas sendiri. Fisur ini berlaku beberapa minggu atau bulan selepas pemasangan, kadangkala sebelum pemanas telah menjalankan banyak jam berjalan. Puncanya bukanlah serangan kimia atau kemerosotan haba tetapi mekanikal terlalu meneran semasa pemasangan . PFA, tidak seperti logam, menunjukkan rayapan viskoelastik yang kuat dan tiada titik hasil-yang jelas. Jika pemasangan menggunakan tork yang lebih besar daripada julat yang ditentukan, PFA yang mengelilingi akar benang tertakluk kepada aliran sejuk setempat dan kegilaan kecil berlaku. Di bawah kesan gabungan tekanan pemasangan sisa dan kitaran suhu seterusnya, kegilaan ini berkembang menjadi retakan lengkap. Pemahaman yang lebih baik tentang proses kegagalan ini melibatkan penyiasatan kepekatan tegasan pada akar benang dan{11}}kelakuan kegagalan bergantung pada masa fluoropolimer.

Kepekatan tegasan pada akar benang di bawah pemampatan
Persimpangan berulir dalam bebibir atau pemasangan PFA memberikan penaik tegasan semula jadi pada akar setiap benang, pada jejari akut di mana profil benang bertemu dengan batang bolt. Faktor kepekatan tegasan (Kt) pada akar benang tajam untuk benang logam ialah 2.5 hingga 4.0, supaya tegasan tempatan adalah 2.5 hingga 4.0 kali tegasan nominal yang diperoleh daripada beban bolt. PFA, yang mempunyai modulus yang lebih rendah dan kemuluran yang lebih baik, mempunyai kepekatan berkesan yang lebih tinggi kerana polimer tidak dapat memuatkan bahagian melalui hasil setempat dengan berkesan seperti logam. Kajian unsur terhingga bagi benang M12 dalam bebibir PFA dengan tork bolt 15 Nm (biasa untuk bebibir 50 mm) menunjukkan tegasan utama puncak pada akar benang 22-28 MPa berbanding dengan tegasan mampatan nominal pada muka bebibir hanya 3-4 MPa. Kepekatan tegasan 6–8 kali ganda nominal ini berlaku apabila PFA berubah bentuk secara elastik di bawah kepala bolt dan lebih suka memindahkan daya ke benang terpasang pertama.

Jika pemasang melebihi-torsi-25 N·m dan bukannya 15 N·m, tegangan puncak pada akar benang meningkat bukan-secara linear. PFA mula menghasilkan tempatan pada kira-kira 12 hingga 14 MPa (kekuatan hasil mampatannya pada suhu bilik). Selepas mengalah, lengkung terikan{17}}tegasan mencecah dataran tinggi di mana terikan selanjutnya berlaku tanpa peningkatan tegasan. Tetapi bentuk akar benang tidak membenarkan menghasilkan secara seragam. Mula-mula bahan di akar memberi laluan, dan kemudian zon hasil merebak. Zon plastik menjangkau kira-kira 1.5–2.0 mm dari akar benang pada 25 N·m. Selepas penyingkiran tork, zon cacat elastik cuba pulih, tetapi zon cacat plastik tidak kembali kepada bentuk sebelumnya. Ketidakpadanan ini meninggalkan ketegangan tegangan sisa pada akar - polimer diregangkan dengan berkesan pada jejari akar bersaiz kecil. Tahap tegasan baki, yang dinilai dengan kaedah fotoelastik pada sampel PFA lutsinar, ialah 4–8 MPa selepas satu-peristiwa tork. Tegasan sisa ini sahaja tidak mencukupi untuk menghasilkan pecah sekaligus tetapi bertindak sebagai pra-beban yang menambah tegasan kendalian.

Peralihan daripada Crazing kepada Cracking dengan Berbasikal Terma
Seperti kebanyakan polimer semikristalin, PFA menimbulkan kegilaan dan bukannya rekahan tradisional di bawah tekanan tegangan yang sederhana. Kegilaan ialah jalur nipis gentian polimer berorientasikan kuat yang memanjang ke atas kawasan lompang, biasanya 1–5 µm lebar dan 50–200 µm panjang. Kegilaan menyerap tenaga dan boleh menstabilkan kerosakan untuk beribu-ribu kitaran beban. Apabila serabut dalam kegilaan pecah, biasanya di bawah beberapa daya tambahan atau interaksi dengan persekitaran, mereka membentuk retakan sebenar. Dalam bebibir yang dikilas dengan betul (torsi berada dalam julat yang ditetapkan), sebarang kegilaan yang terbentuk pada akar benang akan kekal stabil untuk jangka hayat pemanas, kerana ketegangan baki daripada pemasangan serta tegasan kitaran haba berada di bawah kegilaan-hingga-ambang peralihan retak . Dua elemen yang memudahkan peralihan kepada pemecahan bebibir lebih-tork ialah: Pertama, tegasan baki adalah lebih besar (4-8 MPa lwn. 1-2 MPa untuk daya kilas optimum) membenarkan kurang toleransi sebelum tegasan gila dilebihi. Kedua, zon plastik yang lebih besar mengakibatkan kecacatan yang lebih panjang yang memulakan kegilaan pada akar benang. Faktor keamatan tegasan pada hujung kegilaan adalah berkadar dengan punca kuasa dua panjang kegilaan, oleh itu kegilaan awal yang lebih panjang memerlukan kurang daya tambahan untuk disebarkan.

Ketegangan yang meningkat akibat kitaran haba menukar kegilaan yang stabil menjadi retakan yang menyebar. Setiap kali pemanas berkitar dari ambien ke suhu operasi (cth, 25 darjah hingga 90 darjah untuk mandian pengelasan asid), bebibir PFA mengembang lebih daripada bolt logam. Ini kerana pekali pengembangan terma PFA (100–120 ppm/ darjah ) adalah kira-kira enam kali ganda daripada keluli tahan karat (17 ppm/ darjah ). Pengembangan pembezaan ini mendorong tegasan tegangan tambahan dalam PFA yang mengelilingi bolt, sebagai tambahan kepada tegasan pemasangan baki. Untuk bebibir 50 mm dan bolt 4 x M8, peningkatan suhu 70 darjah menghasilkan tegasan tegangan tambahan 5-7 MPa dalam PFA di sekeliling lubang bolt. Dalam bebibir tork yang baik, tegasan keseluruhan (baki 1 - 2 MPa + terma 5 - 7 MPa) ialah 6 - 9 MPa, di bawah 10 - 12 ambang MPa untuk kegilaan-ke-peralihan retak untuk kebanyakan gred PFA. Jumlah tegasan untuk bebibir lebih-torqued ialah 9–15 MPa (baki 4–8 MPa ditambah haba 5–7 MPa), iaitu melebihi ambang peralihan. Selepas 100-500 kitaran haba, retakan berkembang daripada akar benang dan berkembang merentasi ketebalan bebibir dalam kitaran seterusnya. Biasanya melalui-rekahan dinding memerlukan 1,000-3,000 kitaran dari permulaan peralihan kegilaan ke retak, bergantung pada keterukan kilasan berlebihan dan suhu operasi.

Mengesan Lebih-Kerosakan Tork Sebelum Pertumbuhan Retak
Kerosakan yang disebabkan oleh lebih-torkuing tidak jelas pada permukaan bebibir luar sebaik selepas pemasangan. Kegilaan dan ubah bentuk plastik terhad kepada lubang bolt pada akar benang dan tidak dapat dikesan melalui pemeriksaan visual. Walau bagaimanapun, terdapat tiga pendekatan bukan{3}}memusnahkan yang boleh mengesan lebih-bebibir PFA tork sebelum retakan mencapai permukaan. Teknik pertama ialah pengukuran pengekalan tork bolt. Pasang bebibir pada tork yang ditentukan, tandakan kedudukan kepala bolt berbanding bebibir, kemudian-periksa semula tork selepas 24 jam pada suhu bilik. Lebih-PFA yang dikilas dan{11}}terlalu banyak akan kehilangan 30–50% daripada daya kilas awal dalam masa 24 jam apabila sejuk polimer mengalir di bawah mampatan yang berterusan. Bebibir tork yang betul kehilangan hanya 5-15% tork asal. Jika tiada kebocoran yang jelas dan kehilangan tork lebih besar daripada 25%, bebibir mungkin telah melebihi-tork dalam pemasangan ini atau sebelum ini. Pilihan kedua ialah meletakkan skop gerek atau probe gentian optik ke dalam lubang bolt selepas bolt telah dikeluarkan. Di bawah pembesaran, akar benang menunjukkan tompok yang diputihkan, satu proses yang dipanggil pemutihan tegasan, yang merupakan hasil daripada pembangunan-kosong mikro. Akar benang yang lebih tork mempamerkan jalur putih berterusan di sepanjang keseluruhan akar dua benang pertama. Roots Torqued dengan betul tidak mempunyai Whitening atau tompok putih kecil terpencil.

Teknik ketiga ialah ujian kesinambungan elektrik apabila bebibir mempunyai satah tanah terbenam. Ini ialah konfigurasi biasa untuk pemanas PFA untuk aplikasi semikonduktor. Pukulan yang lebih-menyebabkan keretakan atau gegaran teruk melalui ketebalan bebibir yang membolehkan kelembapan akses ke satah tanah. Ukur rintangan antara satah tanah dan elektrod rujukan dalam cecair tangki. Bebibir yang dimeterai dengan betul akan menunjukkan rintangan > 1,000 MΩ. Bebibir dengan patah bermula pada akar benang menunjukkan 100–500 MΩ. Bebibir rekahan separa melalui dinding ialah 1-100 MΩ. Ujian ini hanya digunakan pada bebibir dengan lapisan konduktif berterusan dan bukan semua-bebibir PFA. Kaedah pengekalan tork ialah kaedah diagnostik medan yang paling boleh dipercayai untuk semua bebibir PFA.

Syor Had Tork dan Panduan Pencegahan Kegagalan
Jadual di bawah menyediakan nilai tork maksimum yang dicadangkan untuk bebibir PFA biasa dan saiz benang, dan kesan melebihi had ini. Nilai adalah untuk benang yang bersih dan kering tanpa pelinciran (benang yang dilincirkan mengurangkan geseran dan meningkatkan pramuat untuk tork yang sama, oleh itu pengurangan tork 20 - 30 % diperlukan). Semua cadangan adalah untuk PFA pada suhu bilik semasa pemasangan. Nilai tork hendaklah diturunkan sebanyak 15% jika suhu bebibir melebihi 40 darjah semasa pemasangan.

Bebibir atau Jenis Pemasangan Saiz Benang Julat Tork Disyorkan (N·m) Had Tork (N·m) Akibat Melebihi Had Jangkaan Kitaran kepada Retak pada Had PFA-bebibir terkapsul, 50 mm diameter M6 4 hingga 6 10 Sederhanakan lebihan-tork 5 ke akar: dalam 24 jam 500-1,000 kitaran ΔT=70 darjah
PFA encapsulated flange, 80 mm diameter M8 8-12 18 Moderate to severe Visible crazing at root Torque loss >40% 200-500 kitaran
Bebibir bersarung PFA, diameter 100 mm M10 12–16 22 Teruk: ubah bentuk plastik muka bebibir, retak timbul pada benang pertama 50–200 kitaran
Pemasangan berulir PFA pepejal (NPT atau BSP) 1/2 inci (DN15) 3–5 8 Risiko pelucutan benang, keretakan tegasan pada akar benang dalam hari 10–50 kitaran (kegagalan serta-merta biasa)
Pemasangan berulir PFA pepejal 3/4 inci (DN20) 5-8 12 Keretakan bebibir, pemasangan boleh berlaku pada bolt20-100 kitaran

Mencegah lebih-kerosakan tork melibatkan pemilihan alat dan latihan.