กระบวนการอบอ่อนด้วยความร้อนสองขั้นตอน-สามารถขจัดจุดอ่อนของรอยเชื่อมในฝาปิด PFA ได้หรือไม่

เครื่องทำความร้อน PFA ที่มีฝาปิดแบบเชื่อมจะแตกหักก่อนเวลาอันควรที่แนวเชื่อมเมื่ออยู่ภายใต้วงจรแรงดันหรือการโจมตีทางเคมี เทคนิคการอบอ่อนด้วยความร้อนสอง-ขั้นตอน ขั้นแรกที่อุณหภูมิ 150 องศาเป็นเวลา 4 ชั่วโมง และจากนั้นที่ 220 องศาเป็นเวลา 6 ชั่วโมง สามารถลดจุดอ่อนของแนวเชื่อมได้ 60-80% แต่ไม่สามารถกำจัดจุดอ่อนทั้งหมดได้ ขั้นตอนแรก (150 องศา) ขจัดความเค้นตกค้างที่เกิดจากกระบวนการเชื่อม โดยไม่ทำให้หน้าสัมผัสเชื่อมละลาย ขั้นตอนที่สอง (220 องศา ) ช่วยให้เกิดการแพร่กระจายของโซ่ข้ามแนวเชื่อม ส่งผลให้มีการพันกันของโมเลกุลเพิ่มขึ้น และมีความเป็นผลึกที่เข้ากันระหว่างฝาครอบและท่อได้ดีขึ้น แรงดันระเบิดของแนวเชื่อมเพิ่มขึ้นจาก 5–10 บาร์เป็น 15–20 บาร์ (สำหรับฝาผนัง 2 มม.) หลังจากการอบอ่อนสองขั้นตอน ซึ่งใกล้กับแรงดันระเบิดของท่อฐาน (25–30 บาร์) อย่างไรก็ตาม เส้นเชื่อมเป็นจุดอ่อนในโครงสร้างเนื่องจากฝาและท่อมีประวัติความร้อนที่แตกต่างกัน (ท่ออัดและฝาขึ้นรูป) การหลอมเพียงอย่างเดียวไม่สามารถกำจัดมันได้ทั้งหมด จำเป็นต้องเปลี่ยนแปลงการออกแบบ (ฝาบาน ดูบทความ #34) เพื่อขจัดจุดอ่อนของรอยเชื่อมอย่างสมบูรณ์

โครงสร้างแนวเชื่อมและความอ่อนแอ
ฝาครอบปลาย PFA แบบเชื่อมรวมสององค์ประกอบเข้าด้วยกัน ได้แก่ ท่ออัดรีด (มีทิศทางสูง ความตกผลึก 45-50%) และฝาครอบแบบอัดขึ้นรูป (ไอโซโทรปิก ความตกผลึก 40-45%). 3 ข้อบกพร่องที่ส่วนต่อเชื่อม: 1. ความเค้นตกค้างเนื่องจากความเย็นที่แตกต่างกัน 2. น้ำหนักโมเลกุลลดลงเนื่องจากการเสื่อมสภาพเนื่องจากความร้อนระหว่างการเชื่อม 3. ความเป็นผลึกที่ไม่ตรงกันทำให้เกิดความเข้มข้นของความเครียด แรงดันระเบิดของสภาวะการเชื่อมโดยทั่วไปจะอยู่ที่ 30 ถึง 50 เปอร์เซ็นต์ของแรงดันระเบิดของท่อฐาน ท่อติดผนังขนาด 2 มม. จะระเบิดที่ 25-30 บาร์ และท่อเดียวกันที่มีรอยเชื่อมด้านบนอยู่ที่ 8-12 บาร์ใกล้กับแนวเชื่อม

การอบอ่อนขั้นตอนเดียว-ที่ 180–200 องศาเป็นเวลา 4 ชั่วโมงจะช่วยเพิ่มแรงดันระเบิดเป็น 12–16 บาร์ (50–60% ของท่อ) การอบอ่อนสอง-ขั้น 15-20 บาร์ (60-75% ของท่อ) การปรับปรุงนี้เกิดจากการคลายตัวของโซ่ (โดยที่โซ่โพลีเมอร์ได้รับอนุญาตให้พันกันใหม่ผ่านอินเทอร์เฟซ) และการตกผลึกใหม่บางส่วน ซึ่งจะลดโซนที่ไม่ตรงกัน

การเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการหลอม
กระบวนการหลอม ขั้นที่ 1 อุณหภูมิ ( องศา ) ขั้นที่ 1 เวลา (ชม.) ขั้นที่ 2 อุณหภูมิ ( องศา ) ขั้นที่ 2 เวลา (ชม.) แรงดันระเบิดของแนวเชื่อม (บาร์, ผนัง 2 มม.) % ของการระเบิดของท่อ (28 บาร์) โหมดความล้มเหลว
ไม่มีการหลอม - - - - 6-10 21-36%รอยเชื่อมที่สะอาด
ขั้นเดียว (ต่ำ) 150 8 - - 8-12 29-43% เส้นเชื่อม (ความเค้น- การฟอกสีฟัน)
ขั้นเดียว (ปานกลาง) 180 6 - - 10–14 36–50% การเชื่อมผสมและการเชื่อมติดกัน
ขั้นตอนเดียว (สูง) 220 4 – – 12–16 43–57%การเคลือบบางส่วน-
ขั้นตอนเดียว (สูงมาก) 250 2 - - 10-14 (อบอ่อนเกิน{{1}) 36-50%โพลีเมอร์เสื่อมสภาพ
2-ระยะ (ต่ำ-สูง) 150 4 220 6 15-20 54-71% การเชื่อมที่อยู่ติดกัน (ไม่ใช่แนวเชื่อม)
สอง-ระยะ (ปานกลาง-สูง) 180 4 220 4 16–20 57–71% เหมือนด้านบน
Two stage (150->200) 150 4 200 8 14-18 50-64% ยอมรับได้
สาม-ระยะ (150→200→220) 150 2 200 4 220 2 16–20 57–71% ปรับปรุงเล็กน้อย
กลไกการหลอมสอง-ขั้นตอน
ขั้นตอนแรกที่ 150 องศา อยู่ต่ำกว่าจุดหลอมเหลว PFA (305 องศา ) แต่อยู่เหนือการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว (-15 องศา ดังนั้น อุณหภูมิทั้งหมดจึงสูงกว่า Tg) ที่อุณหภูมิ 150 องศา C โซ่โพลีเมอร์มีความคล่องตัวสูง การผ่อนคลายความเค้นตกค้างจากการเชื่อม (ล็อคในทิศทาง) ระยะเวลาการผ่อนคลายคือ 1-2 ชั่วโมงที่อุณหภูมิ 150 องศา 4 ชั่วโมงจะช่วยคลายความเครียดได้เต็มที่

ขั้นตอนที่สองของ 220 องศานั้นใกล้กับจุดหลอมเหลวมากขึ้นแต่ยังไม่ถึงจุดนั้นมากนัก ที่การกระจายของโซ่อุณหภูมินี้เหนือหน้าสัมผัสการเชื่อมจะเพิ่มขึ้น ค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ D กำหนดโดย D=D0 exp(-Ea/RT) D ที่ 220 องศา ใหญ่กว่า 10 - 20× มากกว่าที่ 150 องศา การพัวพันระหว่างหน้าสัมผัสเกิดขึ้นได้โดยการแทรกโซ่จากท่อและฝาครอบ อินเทอร์เฟซไม่มี-การกำหนด ความตกผลึกของทั้งสองด้านจะละลายบางส่วนและตกผลึกใหม่เพื่อสร้างโครงสร้างที่เป็นเนื้อเดียวกันมากขึ้นตลอดทั้งการเชื่อม แต่ท่อมีทิศทางอยู่บ้าง (จากการอัดขึ้นรูป) ที่ไม่สามารถเอาออกทั้งหมดได้โดยไม่หลอมละลาย ดังนั้นรอยเชื่อมจึงยังคงปรากฏชัดเจน

ข้อจำกัดและการใช้งานจริง
หากต้องการดำเนินการอบอ่อน 2 ขั้นตอนสำหรับฝาท้าย PFA:

เชื่อม จากนั้นตั้งเครื่องทำความร้อน (หรือชุดฝาครอบ) ในเตาอบหมุนเวียนอากาศ-

ทางลาดถึง 150 องศาที่ 5 องศา/นาที ทิ้งไว้ 4 ชั่วโมง

ทางลาด 3 องศา/นาทีถึง 220 องศา ปล่อยให้ยืนเป็นเวลา 6 ชั่วโมง

ทำให้เย็นที่อุณหภูมิ 2 องศา/นาที ถึง 50 องศา ก่อนนำออก

เทคนิคนี้จะเพิ่มเวลาในการผลิต 10-12 ชั่วโมง และต้นทุน 15-25% แนะนำสำหรับการใช้งานแรงดันสูงหรือรอบสูงที่ความแข็งแรงของแนวเชื่อมเป็นสิ่งสำคัญ สำหรับการให้บริการด้วยแรงดันต่ำ (บรรยากาศ 2 บาร์) การอบอ่อนในขั้นตอนเดียวหรือไม่มีการอบอ่อนก็อาจเพียงพอแล้ว

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 >1,000 รอบ) ฝาครอบบานไม่มีรอยเชื่อมและมีความแข็งแรง 90-95% ของท่อฐาน

พื้นที่ตัวอย่าง
ผู้ผลิตเครื่องทำความร้อน PFA สำหรับเครื่องย่อยแรงดันสูง (10 บาร์ 200 องศา ) ใช้ฝาปิดปลายเชื่อมที่มีการอบอ่อนในขั้นตอนเดียว (180 องศา 6 ชั่วโมง) อัตราความล้มเหลวของแนวเชื่อมในช่วง 12 เดือนคือ 8% ผู้ผลิตเปลี่ยนไปเป็นการหลอมสอง-ขั้น (150 องศา /4 ชม. + 220 องศา /6 ชม.) อัตราความล้มเหลวของรอยเชื่อมลดลงเหลือ 2.5% (ยังคงมีอยู่) พวกเขาออกแบบใหม่ให้เป็นฝาปิดปลายบานเพื่อสายผลิตภัณฑ์-ความน่าเชื่อถือสูงสุด และไม่มีความล้มเหลวของรอยเชื่อมเป็นศูนย์ตลอด 5 ปี

การควบคุมและตรวจสอบคุณภาพ
ตรวจสอบคุณภาพของแนวเชื่อมหลังจากการอบอ่อนสอง-ขั้นตอนโดย:

การทดสอบการแตก: ผนังท่อ 2 มม. หรือท่อแตก 75% ของฝาแตกที่ 15 บาร์

กล้องจุลทรรศน์: ตัดหน้าตัดของรอยเชื่อม-และตรวจสอบภายใต้แสงโพลาไรซ์ การเชื่อมที่ดีจะไม่แสดงเส้นที่ชัดเจน แต่มีส่วนต่อประสานแบบกระจายที่ 50–100 µm

DSC (ดิฟเฟอเรนเชียลสแกนนิงแคลอริเมทรี): วัดความเป็นผลึกบนทั้งสองด้านของรอยเชื่อม ส่วนต่าง < 5%

สรุป: การหลอมสองขั้นตอน-ช่วยลดแต่ไม่ได้ขจัดจุดอ่อน
การอบอ่อนด้วยความร้อนสอง-ขั้นตอน (150 องศา /4 ชม. + 220 องศา /6 ชม.) ช่วยลดจุดอ่อนของรอยเชื่อมในฝาท้าย PFA ได้ถึง 60-80% ทำให้เพิ่มแรงดันระเบิดจาก 6-10 บาร์เป็น 15-20 บาร์ (สำหรับผนัง 2 มม.) วิธีการนี้จะขจัดความเค้นตกค้างและเพิ่มการแพร่กระจายของโซ่ตลอดหน้าสัมผัสการเชื่อม อย่างไรก็ตาม เส้นเชื่อมยังคงเป็นจุดอ่อนเชิงโครงสร้าง โดยมีความแข็งแรงต่ำกว่าท่อฐาน 25–40% เนื่องจากความแตกต่างโดยธรรมชาติในการวางแนวของโมเลกุลและความเป็นผลึกระหว่างท่ออัดรีดและฝาที่ขึ้นรูป วิธีเดียวที่จะกำจัดจุดอ่อนของรอยเชื่อมได้อย่างสมบูรณ์สำหรับการใช้งานแรงดันสูงหรือรอบสูงที่จำเป็นคือการใช้ฝาปิดปลายบาน (ไม่มีรอยเชื่อม) การหลอมอาจเป็นวิธีที่คุ้มค่าในการปรับปรุงฝาแบบเชื่อม แต่ก็ไม่ใช่วิธีรักษาทั้งหมด เชื่อมน้อย อบอ่อนกว่า หรือออกแบบแฟลร์ ทางเลือกขึ้นอยู่กับความเสี่ยง เส้นเชื่อมเป็นอันตรายต่อแรงดันสูง หลอมพวกเขา แต่อย่าไว้ใจพวกเขา ความมั่นใจเพียงอย่างเดียวคือเปลวไฟ"