Vai divu{0}}pakāpju termiskās atlaidināšanas process var novērst metināšanas līnijas vājumu PFA gala vāciņos?

PFA sildītāji, kuriem ir metināti gala vāciņi, priekšlaicīgi saplīst metināšanas līnijā, ja tie tiek pakļauti spiediena ciklam vai ķīmiskai iedarbībai. Divpakāpju termiskās atlaidināšanas tehnika, vispirms 150 grādos 4 stundas un pēc tam 220 grādos 6 stundas, var samazināt metināšanas līnijas vājumu par 60-80%, bet nevar to pilnībā novērst. Pirmais solis (150 grādi) novērš atlikušo spriegumu, ko izraisa metināšanas process, neizkausējot metinājuma kontaktu. Otrais solis (220 grādi) nodrošina ķēdes savstarpēju difūziju pāri metinājuma līnijai, kā rezultātā palielinās molekulārā sapīšana un labāka kristāliskuma atbilstība starp vāciņu un cauruli. Metināšanas līnijas pārraušanas spiediens palielinās no 5–10 bāriem līdz 15–20 bāriem (2 mm sienas vāciņam) pēc divpakāpju atlaidināšanas, tuvojoties pamatcaurules pārraušanas spiedienam (25–30 bar). Tomēr metināšanas līnija ir konstrukcijas vājais punkts, jo vāciņam un caurulei ir atšķirīga termiskā vēsture (ekstrudēta caurule pret formētu vāciņu). Atkvēlināšana vien nevar pilnībā atbrīvoties no tā; Lai pilnībā novērstu metināšanas līnijas vājumu, ir nepieciešamas konstrukcijas izmaiņas (uzliesmojoši vāciņi, skatīt 34. pantu).

Metināšanas līnijas struktūra un vājums
Metināts PFA gala vāciņš apvieno divus elementus, ekstrudētu cauruli (augsti orientēta, kristāliskums 45-50%) un presformētu vāciņu (izotropisks, kristāliskums 40-45%). 3. Metināšanas saskarnes defekti: 1. Atlikušais spriegums, ko rada diferenciālas dzesēšanas atdalīšana vai 2. Neatbilstoša kristāliskums, kas izraisa stresa koncentrāciju. Pārraušanas spiediens metinātā stāvoklī parasti ir 30 līdz 50 procenti no bāzes caurules pārraušanas spiediena. 2 mm sienas caurule eksplodē pie 25-30 bāriem un identiska caurule ar metinātu augšdaļu pie 8-12 bāriem pie metināšanas līnijas.

Vienpakāpes atkausēšana 180–200 grādos 4 stundu garumā palielina pārraušanas spiedienu līdz 12–16 bar (50–60% no caurules). Divpakāpju atkausēšana 15-20 bar (60-75% caurules) Uzlabojums ir saistīts ar ķēdes atslābināšanu (kur polimēru ķēdēm ir atļauts atkārtoti sapīties visā saskarnē) un daļēju pārkristalizāciju, kas samazina neatbilstības zonu.

Atkausēšanas procesa optimizācija
Atlaidināšanas procesa 1. posms Temp ( grāds ) 1. posms Laiks (st.) 2. posms Temp ( grāds ) 2. posms Laiks (h) Metināšanas līnijas pārraušanas spiediens (bārs, 2 mm siena) Caurules plīšanas % (28 bar) Kļūmes režīms
Bez atlaidināšanas - - - - 6-10 21-36%Notīriet metināšanas līnijas plīsumu
Viena posma (zema) 150 8 - - 8-12 29-43% metināšanas līnija (spriegums-balināšana)
Vienpakāpes (vidēja) 180 6 - - 10–14 36–50% jaukta metināšana un blakus
Viena posma (augsta) 220 4 – – 12–16 43–57% Daļēja de-laminācija
Vienpakāpes (ārkārtīgi augsts) 250 2 - - 10-14 (pārāk-atlaidināts) 36-50% Bojāts polimērs
2-pakāpe (zema-augsta) 150 4 220 6 15-20 54-71% blakus esošā šuve (nevis metināšanas līnija)
Divas-pakāpes (vidēji-augstas) 180 4 220 4 16–20 57–71% Tas pats, kas iepriekš.
Two stage (150->200) 150 4 200 8 14-18 50-64% pieņemams
Trīs-pakāpes (150→200→220) 150 2 200 4 220 2 16–20 57–71% Neliels uzlabojums
Divu{0}}pakāpju atkausēšanas mehānisms
Pirmais solis pie 150 grādiem ir zem PFA kušanas temperatūras (305 grādi), bet virs stiklojuma pārejas (-15 grādi, tāpēc visas temperatūras ir virs Tg). 150 ° C temperatūrā polimēru ķēdēm ir liela mobilitāte. Metināšanas radītā atlikušā sprieguma relaksācija (fiksēta orientācijā). Relaksācijas ilgums ir 1-2 stundas 150 grādu temperatūrā, 4 stundas nodrošina pilnīgu stresa mazināšanu.

Otrā 220 grādu pakāpe ir tuvāk kušanas temperatūrai, bet ne gluži tajā. Šajā temperatūrā ķēdes difūzija pa metināšanas kontaktu tiek uzlabota. Difūzijas koeficientu D nosaka D=D0 exp(-Ea/RT). D 220 grādos ir 10 - 20 × lielāks nekā 150 grādos. Sapīšanās pāri kontaktam tiek panākta, caurdurot ķēdes no caurules un vāciņa. Interfeiss kļūst ne-definēts. Abu pušu kristāliskums daļēji izkūst un pārkristalizējas, veidojot viendabīgāku struktūru visā metinātajā šuvē. Bet caurulei ir zināma orientācija (no ekstrūzijas), ko nevar pilnībā noņemt bez kausēšanas, tāpēc metināšana joprojām ir redzama.

Ierobežojumi un praktiskā izmantošana
Lai ieviestu 2 pakāpju atkausēšanu PFA gala vāciņiem:

Metiniet, pēc tam ievietojiet sildītāju (vai vāciņa komplektu) gaisa-cirkulācijas krāsnī.

Rampa līdz 150 grādiem pie 5 grādiem/min. Atstāj uz 4 stundām.

Rampa no 3 grādiem/min līdz 220 grādiem. Ļaujiet nostāvēties 6 stundas.

Pirms izņemšanas atdzesējiet pie 2 grādiem/min līdz 50 grādiem.

Šis paņēmiens palielina ražošanas laiku par 10–12 stundām un izmaksām par 15–25%. Ieteicams augsta spiediena vai augsta cikla lietojumiem, kur ir svarīga metināšanas līnijas izturība. Zema spiediena darbam (atmosfēras, 2 bāri) var pietikt ar vienpakāpes atlaidināšanu vai pat bez atkausēšanas.

The weld line is at best 25–40% weaker than the base tube with two-stage annealing. The optimum choice for any annealed welded cap is a flared end cap (no weld line) for situations where highest durability is required (pressure >10 bar, temperature cycling >1000 cikli). Uzliesmojošais vāciņš ir bez metināšanas līnijas, un tam ir 90–95% bāzes caurules stiprības.

Piemēra apgabals
Augstspiediena bioreaktoru (10 bar, 200 grādi) PFA sildītāju ražotājs izmantoja metinātus gala vāciņus ar vienpakāpes atlaidināšanu (180 grādi, 6 stundas). Metināšanas līnijas atteices rādītājs 12 mēnešu laikā bija 8%. Ražotājs pārgāja uz divpakāpju atlaidināšanu (150 grādi / 4 h + 220 grāds / 6 h). Metināšanas līnijas atteices līmenis līdz 2,5% (joprojām pastāv). Tie tika pārveidoti par uzplaiksnītiem gala uzgaļiem savai augstākās-uzticamības produktu līnijai, un 5 gadu laikā metināšanas līnijas nekļūdījās.

Kvalitātes kontrole un pārbaude
Pārbaudiet metināšanas līnijas kvalitāti pēc divu{0}}pakāpju atkausēšanas, veicot tālāk norādītās darbības.

Pārraušanas tests: caurules siena 2 mm vai caurule pārplīsa 75% vāciņa pārsprāgt pie 15 bāriem.

Mikroskopija: izgrieziet metinājuma šķērsgriezumu- un pārbaudiet polarizētā gaismā. Labam metinājumam nav skaidras līnijas, bet izkliedēta saskarne ir 50–100 µm.

DSC (diferenciālā skenējošā kalorimetrija): mēra kristāliskumu abās metinātās šuves pusēs; atšķirība < 5%

Secinājums: divu{0}}pakāpju atkausēšana samazina, bet nenovērš vājumu
Divpakāpju termiskā atkausēšana (150 grādi / 4 st + 220 grāds / 6 h) samazina metināšanas līnijas vājumu PFA gala vāciņos par 60-80%, palielinot pārraušanas spiedienu no 6-10 bar līdz 15–20 bar (2 mm sienai). Šī metode novērš atlikušo spriegumu un uzlabo ķēdes savstarpējo difūziju visā metināšanas kontaktā. Tomēr metināšanas līnija joprojām ir strukturāla vāja vieta, kuras stiprība ir par 25–40% zemāka nekā pamatcaurulei, jo ekstrudētajai caurulei un veidņu vāciņam piemīt molekulārās orientācijas un kristāliskuma atšķirības. Vienīgā metode, kā pilnībā novērst metināšanas līnijas vājumu būtiskiem augsta spiediena vai augsta cikla lietojumiem, ir izmantot uzplaiksnītus gala vāciņus (bez metināšanas līnijas). Rūdīšana var būt rentabls veids, kā uzlabot metinātos vāciņus, taču tas nav līdzeklis pret visu. Metiniet mazāk, labāk atlaidiniet vai uzliesmojiet dizainu. Izvēle, pamatojoties uz risku. Metināšanas līnijas ir bīstamas augsta spiediena apstākļos. Atlaidiniet tos, bet neuzticieties tiem. Vienīgā garantija ir uzliesmojums."