Amikor egy titán elektromos fűtőcsövet használnak hangyasavvá bomlott szilikonolajos fürdő felmelegítésére (nyomokban), hogyan befolyásolja a falvastagság az akusztikus kibocsátás alapján az első lyukasztásig eltelt időt?

Alapvető kompromisszum-a titán fűtőtest kialakításában a leromlott szilikonolajokhoz
A szilikonolajos fürdőket gyakran használják magas hőmérsékletű alkalmazásokhoz (150-200 fok), hőállóságuk miatt. Azonban a hosszú távú, magas hőmérsékleten, oxigén vagy nedvesség jelenlétében történő működés a szilikonolaj bomlástermékeit eredményezi nyomokban hangyasav (HCOOH) és más kis molekulatömegű sziloxánok formájában. A hangyasav megtámadja a titánt , különösen magas hőmérsékleten , ami gödrösödést eredményez . A lyukképződés sztochasztikus,-véletlenszerű pontokon kezdődik a burkolat felületén,-és megfigyelhető az akusztikus emissziós (AE) érzékelőkkel, amelyek felfogják a gödör magolódása és kitágulásakor keletkező ultrahangos rezgéseket. A falvastagság befolyásolja az első gödör kialakulásának idejét (indukciós időt), mivel meghatározza a passzív réteg felületi hőmérsékletét és feszültségi állapotát. A gödör keletkezését felgyorsítják a vastagabb falak, amelyek melegebbek, és az akusztikus emissziót is tompítják, késleltetve az észlelést. Ez a vizsgálat számszerűsíti a falvastagság, az első gödörig eltelt idő és az akusztikus emisszió kimutathatósága közötti kapcsolatot.

A hangyasavas lyukképző mechanizmus hatása a mechanikai integritásra
180 fokon kis mennyiségű (10-100 ppm) hangyasav a szilíciumolajban lyukacsos mechanizmussal károsítja a titánt. A reakció folytatódik: Ti + 4HCOOH → Ti(HCOO) 4 + 2H 2 A titán-formiát az olajban oldódik, ezért nem képződik védőréteg. A kátyúzást minimális passzív rétegvastagságú helyeken vagy szennyező anyagokkal rendelkező területeken kezdik meg. Az indukciós idő (az első gödörig eltelt idő) Arrhenius-kapcsolatot követ a felületi hőmérséklettel: t ind=A x exp (E a ​​/RT). A felületi hőmérséklet 10 o C-os növekedése esetén az indukciós idő körülbelül 50%-kal csökken.

Azonos teljesítménysűrűség mellett a vastagabb titánfal (2,0 mm vs 1,0 mm) a külső felületen magasabb hőmérsékletű (2-4 fokkal) az elektromos ellenállás miatt. Ez az enyhe hőmérséklet-ingadozás 10-20%. 1.0 mm-rel csökkenti az indukciós időt 180 fokos térfogat mellett; felületi hőmérséklet ~187 fok, indukciós idő ~800 óra. 2.0 mm fal: felületi hőm. ≈ 190 fok, indukciós idő ≈ 650 óra. Vastagabb fal korábbi gödör.

A hőteljesítményre gyakorolt ​​hatás: Az akusztikus emissziós jel csillapítása
A gödörmagozás akusztikus emissziós jeleket hoz létre, amelyek nagyfrekvenciás stresszhullámok (100 kHz-1 MHz). Ezek a hullámok gyengülnek, amikor a titán falon keresztül elérik az AE-érzékelőt (a hideg végén vagy a tartály falán van elhelyezve). A titán csillapítási együtthatója körülbelül 5 dB/mm 500 kHz-en. Az 1,0 mm-es fal 5 dB-lel csökkenti a jelerősséget. A 2,0 mm-es fal 10 dB-lel csökkenti a jelerősséget. Minden 6 dB csillapítás után az érzékelő jelamplitúdója felére csökken. Ezért egy 2,0 mm-es falon lévő gödörből származó AE jel 3-5-ször kisebb, mint egy 1,0 mm-es falon, és nehezebb észlelni. A gödör meglehetősen nagyra nőhetett, mire a jelet észlelni lehet.

A kompromisszum szintézise: Falvastagság és AE detektálás
Falvastagság (mm) Felületi hőmérséklet ( fok ) Az első mélyedésig eltelt idő (óra) AE jelcsillapítás (dB) Relatív AE amplitúdó Az érzékelhető AE-ig eltelt idő (óra) 0,8 mm 186 fok 850 óra 4 dB 1,6× alapvonal 850 óra
1,0 mm 187 fok 800 óra 5 dB 1,0x alapvonal 800 óra
1,2 mm 188 fok 750 óra 6 dB 0,8 ​​× 800 óra (késleltetett érzékelés)
1,5 mm 189 fok 700 óra 7,5 dB 0,6 × 800 óra (a gödrök kinőnek az észlelés előtt)
2,0 mm 190 fok 650 óra 10 dB 0,3 × 900 óra (észlelés jelentős növekedés után)
A vastagabb fal csökkenti az indukciós időt (korábban jelennek meg a gödrök), és gyengíti az AE jeleket (késleltetik az észlelést). Ez a kombináció azt jelenti, hogy a 2,0 mm-es falon lévő gödrök 50-100 µm mélységet érhetnek el, mielőtt azonosítják őket, míg az 1,0 mm-es falon lévő gödrök 10-20 µm mélységben kerülnek felismerésre.

Mérnöki tervezés a falon túl: AE-érzékelők elhelyezése és folyadékkezelés
A csillapítás leküzdhető az AE érzékelő elhelyezésével. A fal csillapításának nagy része kiküszöbölhető, ha az érzékelőt közvetlenül a titán köpenyre szerelik fel a meleg végén (magas hőmérsékletű hullámvezető vagy mágneses bilincs segítségével). A falvastagság kevéssé befolyásolja a közvetlen rögzítés észlelhetőségét. Ennél is fontosabb, hogy a szilikonolaj károsodásának megakadályozása a falvastagságtól függetlenül megnöveli az indukciós időt. Antioxidáns (pl. . 0.1% fenotiazin) hozzáadása a szilikonolajhoz 10-20-szorosára csökkenti a hangyasav képződését, és 8,000+ órára növeli az indukciós időt. Az 1,5 mm-es falú stabilizált olaj hosszabb gödörmentes élettartamot biztosít, mint az 1,0 mm-es falú, elhasználódott olaj.

Következtetés: A vékony fal (1,0 mm) alkalmas AE monitorozásra
In the case of a silicone oil bath heated by a titanium electric heating tube that has deteriorated to trace formic acid, the thinner wall (1.0 mm) shows earlier identification of pitting by acoustic emission and a somewhat longer induction time (800 hours against 650 hours for 2.0 mm). The 1.0 mm wall offers a lower surface temperature (delaying pit commencement) and reduced acoustic attenuation (5 dB versus 10 dB) for detection of tiny pits. The suggested standard for AE monitored heaters is Grade 2 titanium with wall thickness of 1.0-1.2 mm + antioxidant added to the silicone oil for longer induction time. Thicker (>1,5 mm) a falak késleltetik az észlelést, és lehetővé teszik a gödrök észrevétlen növekedését. • Adja meg a becsült olajlebomlási sebességet és az AE érzékelők helyzetét, amikor szilikon olajfürdők fűtőberendezéseit határozza meg állapotfigyeléssel. A vékonyabb falak pedig sokkal jobbak a korai gödrösödés megbízható AE észleléséhez.