Hvers vegna getur of-togað á festingarflans PFA-hitarans leitt til ótímabærra álagssprungna við þráðrót?

PFA-hjúpaðir dýfingarhitarar festir á tankveggi eða lok með því að nota uppsetningarflansa-sem venjulega eru smíðaðir úr PVDF, pólýprópýleni eða ryðfríu stáli með PFA yfirmóti. Þegar flansinn er hertur þjappar hann þéttingu saman við yfirborð tanksins til að mynda vökvaþétt innsigli. Uppsetningarleiðbeiningarnar gefa upp togsvið fyrir festingarboltana, hins vegar eiga sér stað bilanir í rótum snittanna í boltaholum flanssins eða eigin snittari hitara. Þessar sprungur koma fram vikum eða mánuðum eftir uppsetningu, stundum áður en hitarinn hefur keyrt marga klukkutíma. Orsökin er hvorki efnaárás né hitaniðurbrot heldur vélræn yfirspenna við uppsetningu á . PFA, ólíkt málmum, sýnir sterka seigfljótandi skrið og engan vel-skilgreindan ávöxtunarmark. Ef uppsetning notar snúningsvægi sem er stærra en tilgreint svið, verður PFA sem umlykur þráðarrótina fyrir staðbundnu köldu flæði og örlítið sprunga verður. Undir samsettum áhrifum afgangs uppsetningarálags og síðari hitastigshringrásar þróast þessi æði í algjörar sprungur. Betri skilningur á þessu bilunarferli felur í sér rannsókn á spennustyrk við þráðarrótum og tíma{11}}háð bilunarhegðun flúorfjölliða.

Streitustyrkur við þráðarrót undir þjöppun
Gengimót í PFA flans eða festingu sýnir náttúrulega álagshækkun við rót hvers þráðs, við bráða radíus þar sem þráðarsniðið mætir boltaskaftinu. Álagsstyrkstuðullinn (Kt) við beittu þráðarrótina fyrir málmþráð er 2,5 til 4,0, þannig að staðbundið álag er 2,5 til 4,0 sinnum nafnálagið sem fæst frá boltaálagi. PFA, sem hefur lægri stuðul og betri sveigjanleika, hefur enn hærri virkan styrk þar sem fjölliðan getur ekki hlaðið hlutdeild með staðbundinni afkastagetu á eins áhrifaríkan hátt og málmur. Endanlegur þáttur rannsókn á M12 þráði í PFA flans með boltatogi upp á 15 Nm (dæmigert fyrir 50 mm flans) gefur til kynna hámarks aðalspennu við rót þráðarins upp á 22-28 MPa samanborið við nafnþrýstiálag á yfirborð flanssins sem er aðeins 3-4 MPa. Þessi álagsstyrkur sem er 6–8 sinnum nafngildi á sér stað þar sem PFA afmyndast teygjanlega undir boltahausnum og flytur helst kraft á fyrsta þráðinn sem tengist.

Ef uppsetningartæki yfir-tog-25 N·m í stað 15 N·m, eykst toppspennan við rót þráðarins ólínulega. PFA byrjar að gefa staðbundið við u.þ.b. 12 til 14 MPa (þjöppunarstyrkur þess við stofuhita). Eftir að streituspennan hefur gefist snertir-spennulínan hásléttu þar sem frekari tognun á sér stað án mikillar aukningar á streitu. En lögun þráðarrótarinnar gerir ekki kleift að gefa jafnt eftir. Fyrst gefur efnið við rótina eftir og síðan dreifist uppskerusvæðið út. Plastsvæðið spannar u.þ.b. 1,5–2,0 mm frá þráðarrótinni við 25 N·m. Þegar togið er fjarlægt reyna teygjanlega aflögu svæðin að jafna sig, en plastaflagaða svæðið fer ekki aftur í fyrri lögun. Þetta misræmi skilur eftir sig togspennu við rótina - fjölliðan er í raun teygð yfir undirstærð rótarradíus. Afgangsspennustigið, metið með ljósteygjuaðferðum á gagnsæjum PFA sýnum, er 4–8 MPa eftir eitt yfir-togtilvik. Þessi afgangsspenna eitt og sér nægir ekki til að mynda brot í einu heldur virkar sem forálag sem eykur álag á vinnu.

Umskipti frá Crazing til Sprunga með Thermal Cycling
Eins og með margar hálfkristallaðar fjölliður, myndar PFA sprungur í stað hefðbundinna sprungna við hóflega togálag. Æra er þunnt band af sterkt stilltum fjölliðatrefjum sem nær yfir tómt svæði, venjulega 1–5 µm á breidd og 50–200 µm á lengd. Crazes eru orkudrepandi og geta komið á stöðugleika bilunar í þúsundir álagslota. Þegar fibril í æðinu brotna, venjulega undir einhverjum aukakrafti eða samspili við umhverfið, mynda þær raunverulegar sprungur. Í flans sem er rétt togaður (togið er innan tilskilins marka), munu allar sprungur sem myndast við rætur þræðanna haldast stöðugar í áætluðum endingartíma hitara, þar sem leifarspennan frá uppsetningu auk hitasveifluálagsins er undir þröskuldi-til-sprungubreytingar. Þessir tveir þættir sem auðvelda umskipti yfir í brot á flans með yfir-togi eru: Í fyrsta lagi er afgangsspennan stærri (4-8 MPa á móti. 1-2 MPa fyrir ákjósanlegt tog) sem leyfir minna umburðarlyndi áður en farið er yfir sprunguálagið. Í öðru lagi leiðir stærra plastsvæðið í lengri galla sem kemur af stað æðinu við þráðarrótina. Streitustyrkstuðullinn á æruoddinum er í réttu hlutfalli við kvaðratrót ærulengdarinnar, þess vegna þarf lengri upphafsæsa minni aukakraft til að fjölga sér.

Aukin spenna vegna hitauppstreymis breytir stöðugum ærum í útbreiðslu sprungur. Í hvert sinn sem hitarinn fer úr umhverfishita yfir í notkunarhitastig (td 25 gráður til 90 gráður fyrir sýruætingarbað), stækkar PFA flansinn meira en málmboltinn. Þetta er vegna þess að varmaþenslustuðull PFA (100–120 ppm/gráðu) er um það bil sexfaldur á við ryðfríu stáli (17 ppm/gráðu). Þessi mismunadrifið stækkun veldur auka togspennu í PFA sem umlykur boltann, auk þess sem eftir er af uppsetningarálagi. Fyrir 50 mm flans og 4 x M8 bolta veldur hitahækkun um 70 gráður til viðbótar 5-7 MPa togspennu í PFA í kringum boltaholið. Í vel tognum flans er heildarspennan (afgangs 1 - 2 MPa + hitauppstreymi 5 - 7 MPa) 6 - 9 MPa, undir 10 - 12 MPa þröskuldinum fyrir craze-til-sprungubreytingar fyrir flestar PFA einkunnir. Heildarspenna fyrir flans sem er of-dreginn er 9–15 MPa (afgangur 4–8 MPa auk hitauppstreymis 5–7 MPa), sem er yfir umbreytingarþröskuldinum. Eftir 100-500 hitalotur myndast sprungur frá þráðarrótinni og fara yfir flansþykktina í næstu lotum. Dæmigert í gegnum-veggsprungur þarf 1.000-3.000 lotur frá upphafi umbreytingar frá æru-til-sprungu, allt eftir alvarleika ofspennu og vinnuhita.

Greina yfir-togskemmdir áður en sprunga stækkar
Skemmdir af völdum of-togs eru ekki augljósar á yfirborði ytri flanssins strax eftir uppsetningu. Brjóstin og plastaflögunin eru takmörkuð við boltaholið við þráðarrótina og er ekki hægt að greina með sjónrænni skoðun. Hins vegar eru þrjár ó-eyðandi aðferðir sem geta greint yfir-þunga PFA flansa áður en sprungurnar ná yfirborðinu. Fyrsta tæknin er mæling á snúningskrafti bolta. Settu flansinn upp að tilteknu togi, merktu stöðu boltahaussins miðað við flansinn, -athugaðu síðan snúningsvægið aftur eftir 24 klukkustundir við stofuhita. Yfir-togað og óhóflega-PFA tapar 30–50% af upphafstoginu innan 24 klukkustunda þegar fjölliðakuldan flæðir undir viðvarandi þjöppun. Rétt togaður flans tapar aðeins 5-15% af upprunalegu togi. Ef það er enginn augljós leki og togtapið er meira en 25%, hefur flansinn líklega verið of-spenntur í þessari uppsetningu eða áður. Annar kosturinn er að setja borholu eða ljósleiðaranema í boltaholið eftir að boltinn hefur verið fjarlægður. Við stækkun sýna þráðarræturnar hvíta bletti, ferli sem kallast streituhvíttun, sem er afleiðing af ör-hvítun. Þráðarrætur með ofsnúningi sýna samfellt hvítt band meðfram allri rótinni á fyrstu tveimur þráðunum. Rætur sem teknar eru á réttan hátt hafa enga hvíta eða einangraða pínulitla hvíta bletti.

Þriðja tæknin er rafmagnssamfelluprófun þegar flansinn er með innbyggðu jarðplani. Þetta er algeng uppsetning fyrir PFA hitara fyrir hálfleiðara forrit. Of-tog veldur sprungum eða alvarlegum sprungum í gegnum flansþykktina sem gerir raka aðgang að jarðplaninu. Mældu viðnám milli jarðplans og viðmiðunarrafskauts í tankvökvanum. Rétt lokaður flans gefur til kynna viðnám > 1.000 MΩ. Flans með brot sem byrjar á þráðarrót sýnir 100–500 MΩ. Sprunguflans að hluta til í gegnum vegg er 1-100 MΩ. Þetta próf á aðeins við um flansa með samfellt leiðandi lag og ekki alla-PFA flansa. Toghaldsaðferðin er áreiðanlegasta vettvangsgreiningaraðferðin fyrir allar PFA flansar.

Leiðbeiningar um togmörk og forvarnir gegn bilun
Taflan hér að neðan gefur upp ráðlögð hámarkstoggildi fyrir dæmigerða PFA flans- og þráðstærðir og áhrif þess að fara yfir þessar takmarkanir. Gildin eru fyrir hreinan, þurran þráð án smurningar (smurðir þræðir draga úr núningi og auka forálag fyrir sama tog, þess vegna er þörf á 20 - 30 % togminnkun). Allar ráðleggingar eru fyrir PFA við stofuhita meðan á uppsetningu stendur. Toggildi ætti að lækka um 15% ef flanshitinn er yfir 40 gráður við uppsetningu.

Flans eða festingargerð Þráðarstærð Ráðlagður togsvið (N·m) Togmörk (N·m) Afleiðing umfram takmörk. Áætlaðar hringrásir til sprungna við takmörk PFA-innhjúpaður flans, 50 mm í þvermál M6 4 til 6 10 Miðlungs yfir rót {{4}5 torque: % rótartapi,{{4} 5 torque: tog á 24 klst. 500-1.000 lotur ΔT=70 gráðu
PFA encapsulated flange, 80 mm diameter M8 8-12 18 Moderate to severe Visible crazing at root Torque loss >40% 200-500 lotur
PFA innbyggður flans, þvermál 100 mm M10 12–16 22 Alvarleg: Plast aflögun á flansflans, sprungur myndast við fyrsta þráð 50–200 lotur
Gegnheil PFA snittari (NPT eða BSP) 1/2 tommur (DN15) 3–5 8 Hætta á þráðrifinningu, álagssprungur við þráðrót á dögum 10–50 lotum (algeng bilun strax)
Solid PFA snittari 3/4 tommu (DN20) 5-8 12 Sprunga á flans, festing getur fest sig á bolta20-100 lotum

Til að koma í veg fyrir of-tjónskemmdir felst val á verkfærum og þjálfun.