لماذا يمكن أن يؤدي التدوير الزائد لشفة تركيب سخان PFA إلى تشقق الإجهاد المبكر في جذر الخيط؟

PFA-يتم تثبيت سخانات غاطسة مغلفة على جدران أو أغطية الخزانات باستخدام حواف التثبيت-المصنوعة عادةً من PVDF، أو البولي بروبيلين أو الفولاذ المقاوم للصدأ مع قالب PFA الزائد. عندما يتم شد الحافة، فإنها تضغط الحشية على سطح الخزان لعمل ختم محكم للسائل. توفر تعليمات التثبيت نطاقًا لعزم الدوران لمسامير التثبيت، إلا أن الأعطال الميدانية تحدث عادةً عند جذر الخيوط في فتحات المسامير الخاصة بالشفة أو التركيبات الملولبة الخاصة بالسخان. تحدث هذه الشقوق بعد أسابيع أو أشهر من التركيب، وفي بعض الأحيان قبل تشغيل المدفأة لعدة ساعات. السبب ليس هجومًا كيميائيًا أو تدهورًا حراريًا، بل هو إجهاد ميكانيكي أثناء تركيب . يُظهر PFA، على عكس المعادن، زحفًا لزجًا مرنًا قويًا ولا توجد نقطة خضوع محددة جيدًا. إذا كان التثبيت يستخدم عزم دوران أكبر من النطاق المحدد، فإن PFA المحيط بجذر الخيط يتعرض لتدفق بارد موضعي ويحدث تجعد بسيط. في ظل التأثيرات المشتركة لإجهاد التثبيت المتبقي ودورة درجة الحرارة اللاحقة، تتطور هذه الجنون إلى شقوق كاملة. يتضمن الفهم الأفضل لعملية الفشل هذه دراسة تركيز الضغط عند جذور الخيوط وسلوك الفشل المعتمد على الوقت للبوليمرات الفلورية.

تركيز الإجهاد عند جذور الخيط تحت الضغط
توفر الوصلة الملولبة في فلنجة أو تركيب PFA رافعة ضغط طبيعية عند جذر كل خيط، عند نصف القطر الحاد حيث يلتقي ملف تعريف الخيط بساق الترباس. إن عامل تركيز الإجهاد (Kt) عند جذر الخيط الحاد للخيوط المعدنية هو 2.5 إلى 4.0، بحيث يكون الإجهاد المحلي 2.5 إلى 4.0 أضعاف الضغط الاسمي المشتق من حمل الترباس. يتمتع PFA، الذي يتمتع بمعامل أقل وليونة أفضل، بتركيز فعال أعلى نظرًا لأن البوليمر لا يمكنه تحميل المشاركة من خلال العائد الموضعي بنفس فعالية المعدن. تشير دراسة العناصر المحدودة لخيط M12 في شفة PFA مع عزم دوران مسمار يبلغ 15 نيوتن متر (نموذجي لشفة 50 مم) إلى ذروة الضغط الرئيسي عند جذر الخيط بمقدار 22-28 ميجا باسكال مقارنة بضغط ضغط اسمي على وجه الحافة يبلغ 3-4 ميجا باسكال فقط. يحدث تركيز الضغط هذا من 6 إلى 8 أضعاف الاسمي عندما يتشوه PFA بشكل مرن تحت رأس الترباس وينقل القوة بشكل تفضيلي إلى الخيط المشغول الأول.

إذا كان المثبت يزيد عن-عزم الدوران-25 نيوتن·م بدلاً من 15 نيوتن·م، فإن ذروة التوتر عند جذر الخيط تزداد بشكل غير -خطيًا. يبدأ PFA في الإنتاج محليًا عند حوالي 12 إلى 14 ميجا باسكال (قوة إنتاج الضغط في درجة حرارة الغرفة). بعد الاستسلام، يصل منحنى الإجهاد- إلى هضبة حيث يحدث المزيد من الإجهاد دون زيادة كبيرة في الإجهاد. لكن شكل جذر الخيط لا يسمح بإنتاجه بشكل موحد. أولاً تفسح المادة الموجودة في الجذر المجال، ثم تنتشر منطقة الإنتاج. تمتد المنطقة البلاستيكية حوالي 1.5-2.0 مم من جذر الخيط عند 25 نيوتن متر. عند إزالة عزم الدوران، تحاول المناطق المشوهة بشكل مرن التعافي، لكن المنطقة المشوهة بشكل مرن لا تعود إلى شكلها السابق. يترك عدم التطابق هذا توتر شد متبقٍ عند الجذر - ويمتد البوليمر بشكل فعال على نصف قطر جذر صغير الحجم. يبلغ مستوى الإجهاد المتبقي، الذي يتم تقييمه بطرق المرونة الضوئية على عينات PFA الشفافة، 4-8 ميجا باسكال بعد حدث عزم دوران يزيد عن -. هذا الضغط المتبقي وحده لا يكفي لإحداث الكسر في وقت واحد ولكنه يعمل كحمل مسبق يزيد من ضغوط التشغيل.

الانتقال من الجنون إلى التكسير باستخدام الدراجات الحرارية
كما هو الحال مع العديد من البوليمرات شبه البلورية، يطور PFA جنونًا بدلاً من الشقوق التقليدية تحت ضغط الشد المتواضع. الهوس عبارة عن شريط رفيع من ألياف بوليمرية قوية التوجه تمتد فوق منطقة فارغة، وعادةً ما يتراوح عرضها بين 1-5 ميكرومتر وطولها 50-200 ميكرومتر. تعمل الحمولات على امتصاص الطاقة ويمكنها تثبيت الخلل لآلاف دورات التحميل. عندما تنكسر اللييفات في حالة الجنون، عادةً تحت تأثير قوة إضافية أو تفاعل مع البيئة، فإنها تشكل شقوقًا حقيقية. في شفة عزم الدوران بشكل صحيح (يكون عزم الدوران ضمن النطاق المحدد)، فإن أي تجاويف تتشكل عند جذور الخيوط ستظل ثابتة طوال العمر المتوقع للسخان، حيث أن التوتر المتبقي من التثبيت بالإضافة إلى إجهاد الدورة الحرارية يكون أقل من التجعد - إلى - عتبة الانتقال . العنصران اللذان يسهلان الانتقال إلى كسر الفلنجة ذات عزم الدوران الزائد هما: أولاً، يكون الضغط المتبقي أكبر (4-8 ميجا باسكال مقابل . 1-2 ميجا باسكال لعزم الدوران الأمثل) مما يسمح بقدر أقل من التسامح قبل تجاوز الضغط المجنون. ثانيًا، تؤدي المنطقة البلاستيكية الأكبر حجمًا إلى عيب أطول يؤدي إلى حدوث جنون عند جذر الخيط. يتناسب عامل شدة الإجهاد عند طرف الهلع مع الجذر التربيعي لطول الهلع، وبالتالي فإن الهلع الأولي الأطول يتطلب قوة إضافية أقل للانتشار.

يؤدي التوتر المتزايد الناتج عن التدوير الحراري إلى تحويل الجنون المستقر إلى شقوق منتشرة. في كل مرة يتحول فيها السخان من درجة الحرارة المحيطة إلى درجة حرارة التشغيل (على سبيل المثال، 25 درجة إلى 90 درجة لحمام الحفر الحمضي)، تتوسع شفة PFA أكثر من المسمار المعدني. وذلك لأن معامل التمدد الحراري لـ PFA (100-120 جزء في المليون/درجة) يبلغ حوالي ستة أضعاف معامل الفولاذ المقاوم للصدأ (17 جزء في المليون/درجة). يؤدي هذا التوسع التفاضلي إلى إجهاد شد إضافي في PFA المحيط بالمسمار، بالإضافة إلى إجهاد التثبيت المتبقي. بالنسبة للشفة مقاس 50 مم و4 مسامير M8 ×، تؤدي زيادة درجة الحرارة بمقدار 70 درجة إلى إجهاد شد إضافي قدره 5-7 ميجا باسكال في PFA حول فتحة الترباس. في شفة عزم الدوران بشكل جيد، يكون الإجهاد الإجمالي (المتبقي 1 - 2 ميجا باسكال + الحراري 5 - 7 ميجا باسكال) 6 - 9 ميجا باسكال، أقل من عتبة 10 - 12 ميجا باسكال للانتقال من الجنون - إلى - التشقق لمعظم درجات PFA. إجمالي الضغط للشفة ذات العزم الزائد هو 9-15 ميجا باسكال (المتبقي 4-8 ميجا باسكال بالإضافة إلى الحرارة 5-7 ميجا باسكال)، وهو ما يتجاوز عتبة الانتقال. بعد 100-500 دورة حرارية، تتطور الشقوق من جذر الخيط وتتقدم عبر سمك الحافة في الدورات التالية. عادةً ما يحتاج -تشقق الجدران إلى 1000-3000 دورة من بداية الانتقال من التشقق إلى التشقق، اعتمادًا على شدة عزم الدوران الزائد ودرجة حرارة التشغيل.

اكتشاف تلف عزم الدوران الزائد-قبل نمو الشقوق
لا يكون الضرر الناتج عن عزم الدوران الزائد- واضحًا على سطح الحافة الخارجية مباشرة بعد التثبيت. تقتصر حالات الجنون والتشوه البلاستيكي على فتحة الترباس الموجودة في جذر الخيط ولا يمكن اكتشافها عن طريق الفحص البصري. ومع ذلك، توجد ثلاث طرق غير مدمرة- يمكنها اكتشاف أكثر من -فلنجات PFA ذات عزم دوران قبل أن تصل الشقوق إلى السطح. التقنية الأولى هي قياس احتفاظ عزم الدوران بالمسمار. قم بتركيب الحافة على عزم الدوران المحدد، وقم بوضع علامة على موضع رأس المسمار بالنسبة إلى الحافة، ثم أعد -فحص عزم الدوران بعد 24 ساعة في درجة حرارة الغرفة. ستفقد PFA ذات عزم الدوران الزائد والمفرط-30-50% من عزم الدوران الأولي خلال 24 ساعة عندما يتدفق البوليمر البارد تحت ضغط مستمر. تفقد الحافة التي تم عزم دورانها بشكل صحيح 5-15% فقط من عزم الدوران الأصلي. إذا لم يكن هناك تسرب واضح وكان فقدان عزم الدوران أكبر من 25%، فمن المحتمل أن تكون الحافة قد تم زيادة عزم دورانها-في هذا التثبيت أو قبله. الخيار الثاني هو وضع نطاق التجويف أو مسبار الألياف الضوئية في فتحة المزلاج بعد إزالة المزلاج. تحت التكبير، تظهر جذور الخيوط بقعًا بيضاء، وهي عملية تسمى التبييض الإجهادي، وهي نتيجة لتطور الفراغات الدقيقة. تظهر جذور الخيوط ذات العزم الزائد شريطًا أبيضًا مستمرًا على طول الجذر الكامل للخيطين الأولين. الجذور التي يتم توركيدها بشكل صحيح لا تحتوي على بقع بيضاء صغيرة أو معزولة.

التقنية الثالثة هي اختبار الاستمرارية الكهربائية عندما تحتوي الحافة على مستوى أرضي مدمج. هذا هو التكوين الشائع لسخانات PFA لتطبيقات أشباه الموصلات. يؤدي الدوران الزائد- إلى حدوث تشققات أو تجعد شديد خلال سمك الحافة مما يسمح بوصول الرطوبة إلى المستوى الأرضي. قم بقياس المقاومة بين المستوى الأرضي والقطب المرجعي في خزان السائل. سوف تشير الحافة المغلقة بشكل صحيح إلى مقاومة > 1000 MΩ. تُظهر الحافة ذات الكسر الذي يبدأ عند جذر الخيط 100-500 ميجا أوم. تبلغ شفة التشقق الجزئي للجدار 1-100 ميجا أوم. ينطبق هذا الاختبار فقط على الشفاه ذات الطبقة الموصلة المستمرة وليس كل -فلنجات PFA. تعد طريقة الاحتفاظ بعزم الدوران هي الطريقة التشخيصية الميدانية الأكثر موثوقية لجميع فلنجات PFA.

توصيات بشأن حدود عزم الدوران ودليل منع الفشل
يوفر الجدول أدناه قيم عزم الدوران القصوى المقترحة لأحجام شفة وخيط PFA النموذجية، وتأثيرات تجاوز هذه القيود. القيم مخصصة لخيط نظيف وجاف بدون تشحيم (الخيوط المشحمة تقلل الاحتكاك وتزيد التحميل المسبق لنفس عزم الدوران، وبالتالي يلزم تقليل عزم الدوران بنسبة 20 - 30٪). جميع التوصيات خاصة بـ PFA في درجة حرارة الغرفة أثناء التثبيت. يجب خفض قيم عزم الدوران بنسبة 15% إذا كانت درجة حرارة الحافة أعلى من 40 درجة أثناء التثبيت.

نوع الحافة أو التركيب حجم الخيط نطاق عزم الدوران الموصى به (N·m) حد عزم الدوران (N·m) نتيجة تجاوز الحد من الدورات المتوقعة للتشقق عند حد PFA-شفة مغلفة، قطر 50 مم M6 4 إلى 6 10 عزم دوران معتدل يزيد عن-: تبييض الضغط عند جذر الخيط، فقدان 25 إلى 35% من عزم الدوران خلال 24 ساعة 500-1000 دورة ΔT=70 درجة
PFA encapsulated flange, 80 mm diameter M8 8-12 18 Moderate to severe Visible crazing at root Torque loss >40% 200-500 دورة
شفة مغلفة بـ PFA، قطر 100 مم M10 12–16 22 شديد: تشوه بلاستيكي لوجه الحافة، تتطور الشقوق في الخيط الأول 50-200 دورة
تركيب ملولب PFA صلب (NPT أو BSP) 1/2 بوصة (DN15) 3–5 8 خطر تجريد الخيط، تشقق الإجهاد عند جذر الخيط في أيام 10-50 دورة (الفشل الفوري شائع)
تركيب ملولب PFA صلب 3/4 بوصة (DN20) 5-8 12 تشقق في الحافة، قد يتعطل التركيب في دورات الترباس 20-100

يتضمن منع تلف عزم الدوران الزائد- اختيار الأداة والتدريب عليها.