Kāpēc PFA sildītāja stiprinājuma atloka pārlieka{0}}piegriešana var izraisīt priekšlaicīgu sprieguma plaisāšanu vītnes saknē?

PFA-iekapsulētie iegremdējamie sildītāji tiek piestiprināti pie tvertnes sienām vai vākiem, izmantojot montāžas atlokus-, kas parasti ir izgatavoti no PVDF, polipropilēna vai nerūsējošā tērauda ar PFA veidni. Kad atloks ir pievilkts, tas piespiež blīvi pret tvertnes virsmu, lai izveidotu šķidruma necaurlaidīgu blīvējumu. Uzstādīšanas instrukcijās ir norādīts montāžas skrūvju griezes momenta diapazons, tomēr lauka kļūmes parasti rodas vītņu saknēs atloka skrūvju caurumos vai paša sildītāja vītņotajā stiprinājuma daļā. Šīs plaisas rodas nedēļas vai mēnešus pēc uzstādīšanas, dažreiz pirms sildītājs ir nostrādājis daudzas darbības stundas. Iemesls nav ne ķīmisks uzbrukums, ne siltuma noārdīšanās, bet gan mehāniska pārslodze uzstādīšanas laikā. PFA, atšķirībā no metāliem, uzrāda spēcīgu viskoelastīgu šļūde un nav precīzi noteiktas tecēšanas robežas. Ja instalācijā tiek izmantots griezes moments, kas ir lielāks par norādīto diapazonu, PFA, kas ieskauj vītnes sakni, tiek pakļauta lokālai aukstuma plūsmai, un rodas neliela plaisāšana. Instalācijas atlikušā sprieguma un tam sekojošās temperatūras cikliskās ietekmes rezultātā šie traki pārvēršas pilnīgās plaisās. Lai labāk izprastu šo atteices procesu, ir jāizpēta sprieguma koncentrācija vītnes saknēs un fluorpolimēru laika{11}}atkarīgā sabojāšanās.

Sprieguma koncentrācija vītnes saknēs zem kompresijas
Vītņots savienojums PFA atlokā vai veidgabalā nodrošina dabisku sprieguma paaugstinājumu katras vītnes saknē, akūtā rādiusā, kur vītnes profils saskaras ar skrūves kātu. Sprieguma koncentrācijas koeficients (Kt) pie asās vītnes saknes metāla vītnēm ir no 2,5 līdz 4,0, lai lokālais spriegums būtu 2,5 līdz 4,0 reizes lielāks par nominālo spriegumu, kas iegūts no skrūvju slodzes. PFA, kam ir zemāks modulis un labāka lokanība, ir vēl augstāka efektīvā koncentrācija, jo polimērs nevar noslogot daļu lokālas ražas dēļ tikpat efektīvi kā metāls. M12 vītnes galīgo elementu izpēte PFA atlokā ar skrūves griezes momentu 15 Nm (tipiski 50 mm atlokam) norāda uz maksimālo galveno spriegumu vītnes saknē 22–28 MPa, salīdzinot ar nominālo spiedes spriegumu atloka virspusē tikai 3–4 MPa. Šī sprieguma koncentrācija, kas ir 6–8 reizes lielāka par nominālo, rodas, PFA elastīgi deformējoties zem skrūves galvas un galvenokārt pārnesot spēku uz pirmo savienoto vītni.

Ja uzstādītājs griezes momentu pārsniedz-25 N·m, nevis 15 N·m, maksimālais spriegums vītnes saknē palielinās ne-lineāri. PFA sāk ražot lokāli pie aptuveni 12 līdz 14 MPa (tā spiedes tecēšanas robeža istabas temperatūrā). Pēc padeves spriedzes{17}}deformācijas līkne sasniedz plato, kur notiek tālāka deformācija, īpaši nepalielinot spriedzi. Bet diega saknes forma neļauj iegūt vienmērīgu ražu. Vispirms materiāls pie saknes padodas, un tad ražas zona izplatās. Plastmasas zona stiepjas aptuveni 1,5–2,0 mm no vītnes saknes pie 25 N·m. Noņemot griezes momentu, elastīgi deformētās zonas cenšas atgūties, bet plastiski deformētā zona neatgriežas iepriekšējā formā. Šī neatbilstība atstāj atlikušo stiepes spriegumu pie saknes - polimērs tiek efektīvi izstiepts pāri maza izmēra saknes rādiusam. Atlikušā sprieguma līmenis, kas novērtēts ar fotoelastiskām metodēm uz caurspīdīgiem PFA paraugiem, ir 4–8 MPa pēc viena griezes momenta pārsniegšanas notikuma. Ar šo atlikušo spriegumu vien nepietiek, lai uzreiz izraisītu pārrāvumu, bet tas darbojas kā priekšslodze, kas palielina darbības spriegumus.

Pāreja no plaisāšanas uz plaisāšanu, izmantojot termisko riteņbraukšanu
Tāpat kā ar daudziem puskristāliskiem polimēriem, PFA tradicionālo plaisu vietā pie pieticīgas stiepes spriedzes veidojas trakums. Trakums ir plāna stingri orientētu polimēru šķiedru josla, kas stiepjas pāri tukšai zonai, parasti 1–5 µm platumā un 50–200 µm garumā. Trakums absorbē enerģiju un var stabilizēt kļūdu tūkstošiem slodzes ciklu. Kad neprāta fibrillas saplīst, parasti ar papildu spēku vai mijiedarbību ar vidi, tās veido īstas plaisas. Pareizi piegrieztā atlokā (griezes moments ir noteiktajā diapazonā) visas vītņu saknēs izveidotās plaisas saglabāsies stabilas visu sildītāja paredzamo kalpošanas laiku, jo atlikušais spriegums no uzstādīšanas, kā arī termiskā cikla spriegums ir zem plaisu pārejas sliekšņa-līdz- Divi elementi, kas atvieglo pāreju uz pārāk-griezes momenta atloka pārrāvumu, ir šādi: pirmkārt, atlikušais spriegums ir lielāks (4–8 MPa salīdzinājumā ar . 1-2 MPa optimālam griezes momentam), kas nodrošina mazāku pielaidi, pirms tiek pārsniegts deformācijas spriegums. Otrkārt, lielāka plastmasas zona rada garāku defektu, kas ierosina neprātu vītnes saknē. Sprieguma intensitātes koeficients trakuma galā ir proporcionāls trakuma garuma kvadrātsaknei, tāpēc ilgākam sākumam ir nepieciešams mazāks papildu spēks, lai izplatītos.

Palielināts sasprindzinājums, ko izraisa termiskā cikliskums, pārvērš stabilas trakas plaisās, kas izplatās. Katru reizi, kad sildītājs pārslēdzas no apkārtējās vides uz darba temperatūru (piemēram, no 25 grādiem līdz 90 grādiem skābes kodināšanas vannai), PFA atloks izplešas vairāk nekā metāla skrūve. Tas ir tāpēc, ka PFA termiskās izplešanās koeficients (100–120 ppm/grādi) ir aptuveni sešas reizes lielāks nekā nerūsējošā tērauda (17 ppm/grādi) koeficients. Šī diferenciālā izplešanās rada papildu stiepes spriegumu PFA, kas ieskauj skrūvi, papildus atlikušajam uzstādīšanas spriegumam. 50 mm atlokam un 4 x M8 skrūvēm temperatūras paaugstināšanās par 70 grādiem rada papildu 5-7 MPa stiepes spriegumu PFA ap skrūvju caurumu. Labi griezes atlokā kopējais spriegums (atlikušais 1 - 2 MPa + termiskais 5 - 7 MPa) ir 6 - 9 MPa, kas ir zem 10 - 12 MPa sliekšņa, kas nosaka pāreju no trakuma-uz-plaisām lielākajai daļai PFA pakāpju. Kopējais spriegums virs-griezes momenta atlokam ir 9–15 MPa (atlikušais 4–8 MPa plus termiskais 5–7 MPa), kas pārsniedz pārejas slieksni. Pēc 100-500 termiskiem cikliem no vītnes saknes veidojas plaisas, kas nākamajos ciklos virzās pāri atloka biezumam. Parasti caur-sienas plaisāšanai ir nepieciešami 1000-3000 cikli, sākot no pārejas no trakuma uz plaisām sākuma, atkarībā no pārmērīgas griezes smaguma pakāpes un darba temperatūras.

Pārmērīga{0}}griezes momenta bojājumu noteikšana pirms plaisu rašanās
Bojājumi, kas radušies pārmērīgas-griezes rezultātā, nav acīmredzami uz ārējā atloka virsmas uzreiz pēc uzstādīšanas. Trakums un plastiskā deformācija aprobežojas ar skrūvju caurumu vītnes saknē un nav nosakāma ar vizuālu pārbaudi. Tomēr ir trīs nesagraujošas pieejas, kas var atklāt pār-pārgrieztus PFA atlokus, pirms plaisas sasniedz virsmu. Pirmā metode ir skrūves griezes momenta saglabāšanas mērīšana. Uzstādiet atloku līdz norādītajam griezes momentam, atzīmējiet skrūves galvas pozīciju attiecībā pret atloku, pēc tam vēlreiz-pārbaudiet griezes momentu pēc 24 stundām istabas temperatūrā. Pārmērīgs griezes moments un pārmērīgi{11}}PFA zaudēs 30–50% no sākotnējā griezes momenta 24 stundu laikā, kad polimērs auksts plūst ar ilgstošu kompresiju. Pareizi piegriezts atloks zaudē tikai 5-15% no sākotnējā griezes momenta. Ja nav redzamas noplūdes un griezes momenta zudums ir lielāks par 25%, iespējams, ka atloka griezes moments šajā instalācijā vai agrāk ir bijis pārmērīgs{22}}. Otra iespēja ir ievietot urbuma tēmekli vai optiskās šķiedras zondi skrūves caurumā pēc tam, kad skrūve ir noņemta. Palielinot, pavedienu saknēs ir redzami balināti plankumi, ko sauc par stresa balināšanu, kas ir mikro-tukšumu veidošanās rezultāts. Pārāk grieztām diega saknēm ir nepārtraukta balta josla gar visu pirmo divu pavedienu sakni. Pareizi piegrieztām saknēm nav balinošu vai izolētu sīku baltu plankumu.

Trešā metode ir elektriskās nepārtrauktības pārbaude, ja atlokam ir iestrādāta iezemētā plakne. Šī ir izplatīta konfigurācija PFA sildītājiem pusvadītāju lietojumiem. Pārmērīga-spriegošana izraisa plaisas vai smagu plaisu cauri atloka biezumam, ļaujot mitrumam piekļūt iezemētajai plaknei. Izmēriet pretestību starp iezemēto plati un atsauces elektrodu tvertnes šķidrumā. Pareizi noslēgts atloks norāda uz pretestību > 1000 MΩ. Atlokam ar lūzumu, kas sākas no vītnes saknes, ir 100–500 MΩ. Daļēji caurejošais sienas plaisāšanas atloks ir 1-100 MΩ. Šis tests attiecas tikai uz atlokiem ar nepārtrauktu vadošu slāni, nevis uz visiem{15}}PFA atlokiem. Griezes momenta saglabāšanas metode ir visdrošākā lauka diagnostikas metode visiem PFA atlokiem.

Griezes momenta ierobežojumu ieteikumi un atteices novēršanas rokasgrāmata
Tālāk esošajā tabulā ir norādītas ieteicamās maksimālās griezes momenta vērtības tipiskajiem PFA atloku un vītņu izmēriem, kā arī šo ierobežojumu pārsniegšanas sekas. Vērtības attiecas uz tīru, sausu vītni bez eļļošanas (ieeļļotie vītnes samazina berzi un palielina priekšslodzi vienam un tam pašam griezes momentam, tāpēc ir nepieciešams 20 - 30 % griezes momenta samazinājums). Visi ieteikumi attiecas uz PFA istabas temperatūrā uzstādīšanas laikā. Griezes momenta vērtības jāsamazina par 15%, ja atloka temperatūra uzstādīšanas laikā ir virs 40 grādiem.

Atloka vai armatūras veids Vītnes izmērsIeteicamais griezes momenta diapazons (N·m) griezes momenta robeža (N·m) Sekas, pārsniedzot ierobežojumus Paredzamie cikli līdz plaisāšanai pie robežas PFA-iekapsulēts atloks, 50 mm diametrs M6 4 līdz {{3} vītne vidēji balināšana pie 5. 35% griezes momenta zudums 24 stundās 500–1000 ciklos ΔT=70 grāds
PFA encapsulated flange, 80 mm diameter M8 8-12 18 Moderate to severe Visible crazing at root Torque loss >40% 200-500 cikli
PFA apvalkots atloks, diametrs 100 mm M10 12–16 22 Smags: atloka virsmas plastiska deformācija, plaisas veidojas pirmajā vītnē 50–200 ciklos
Ciets PFA vītņots savienojums (NPT vai BSP) 1/2 collas (DN15) 3–5 8 Vītnes noņemšanas risks, sprieguma plaisāšana vītnes saknē 10–50 dienu ciklos (bieži sastopama tūlītēja atteice)
Ciets PFA vītņots veidgabals 3/4 collas (DN20) 5-8 12 Atloka plaisāšana, armatūra var aizķerties pie skrūves 20-100 cikliem

Lai novērstu pārmērīgu{0}}griezes momenta bojājumus, ir nepieciešama instrumenta izvēle un apmācība.