เหตุใดการขันหน้าแปลนยึดของเครื่องทำความร้อน PFA มากเกินไป-จึงทำให้เกิดความเค้นแตกก่อนเวลาอันควรที่รูตเกลียวได้

เครื่องทำความร้อนแบบจุ่มแบบห่อหุ้ม PFA- ติดตั้งบนผนังหรือฝาถังโดยใช้หน้าแปลนยึด- โดยทั่วไปแล้วสร้างจาก PVDF, โพลีโพรพีลีน หรือเหล็กกล้าไร้สนิมพร้อมการขึ้นรูปทับด้วย PFA เมื่อขันหน้าแปลนให้แน่น จะบีบอัดปะเก็นกับพื้นผิวถังเพื่อให้ของเหลวปิดผนึกแน่น คำแนะนำในการติดตั้งให้ช่วงแรงบิดสำหรับสลักเกลียวติดตั้ง อย่างไรก็ตาม ความล้มเหลวของสนามมักเกิดขึ้นที่โคนของเกลียวในรูสลักเกลียวของหน้าแปลนหรือข้อต่อเกลียวของเครื่องทำความร้อน รอยแยกเหล่านี้เกิดขึ้นหลายสัปดาห์หรือเป็นเดือนหลังการติดตั้ง บางครั้งก่อนที่เครื่องทำความร้อนจะทำงานหลายชั่วโมง สาเหตุไม่ใช่การโจมตีทางเคมีหรือการเสื่อมสภาพจากความร้อน แต่เป็นกลไกที่เครียดเกินไประหว่างการติดตั้ง PFA ต่างจากโลหะตรงที่แสดงให้เห็นการคืบของหยุ่นหนืดที่แข็งแกร่งและไม่มีจุดให้ผลผลิตที่ชัดเจน- หากการติดตั้งใช้แรงบิดมากกว่าช่วงที่ระบุ PFA ที่อยู่รอบรูทของเกลียวจะถูกกระแสเย็นเฉพาะจุดและเกิดรอยแตกเล็กน้อย ภายใต้ผลกระทบร่วมกันของความเครียดในการติดตั้งที่ตกค้างและการหมุนเวียนของอุณหภูมิที่ตามมา ความบ้าคลั่งเหล่านี้พัฒนาเป็นรอยแตกร้าวโดยสมบูรณ์ ความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับกระบวนการล้มเหลวนี้เกี่ยวข้องกับการตรวจสอบความเข้มข้นของความเครียดที่รากของเธรดและพฤติกรรมความล้มเหลวที่ขึ้นอยู่กับเวลา-ของฟลูออโรโพลีเมอร์

ความเข้มข้นของความเครียดที่โคนด้ายภายใต้แรงอัด
จุดต่อเกลียวในหน้าแปลนหรือข้อต่อ PFA จะทำให้เกิดความเค้นตามธรรมชาติที่โคนของเกลียวแต่ละอัน ในรัศมีเฉียบพลันที่โปรไฟล์เกลียวมาบรรจบกับก้านโบลต์ ปัจจัยความเข้มข้นของความเค้น (Kt) ที่โคนเกลียวแหลมสำหรับเกลียวโลหะคือ 2.5 ถึง 4.0 ดังนั้นความเค้นเฉพาะที่จึงเป็น 2.5 ถึง 4.0 เท่าของความเค้นระบุที่ได้มาจากโหลดของโบลต์ PFA ซึ่งมีโมดูลัสต่ำกว่าและความเหนียวดีกว่า มีความเข้มข้นที่มีประสิทธิภาพสูงกว่า เนื่องจากโพลีเมอร์ไม่สามารถแบ่งส่วนแบ่งผ่านผลผลิตเฉพาะจุดได้อย่างมีประสิทธิภาพเช่นเดียวกับโลหะ การศึกษาองค์ประกอบจำกัดของเกลียว M12 ในหน้าแปลน PFA ที่มีแรงบิดโบลต์ 15 Nm (โดยทั่วไปสำหรับหน้าแปลน 50 มม.) บ่งชี้ถึงความเค้นหลักสูงสุดที่โคนเกลียวที่ 22-28 MPa เมื่อเทียบกับความเค้นอัดเล็กน้อยที่ผิวหน้าของหน้าแปลนเพียง 3-4 MPa ความเข้มข้นของความเค้นนี้ 6-8 เท่าของค่าระบุที่เกิดขึ้น เนื่องจาก PFA เปลี่ยนรูปอย่างยืดหยุ่นใต้หัวโบลท์ และจะถ่ายเทแรงไปยังเกลียวแรกที่ขันไว้เป็นพิเศษ

หากผู้ติดตั้งมีแรงบิดเกิน-แรงบิด-25 N·m แทนที่จะเป็น 15 N·m ความตึงสูงสุดที่โคนของเธรดจะเพิ่มขึ้นแบบไม่-เป็นเส้นตรง PFA เริ่มให้ผลผลิตในท้องถิ่นที่ประมาณ 12 ถึง 14 MPa (กำลังอัดที่อุณหภูมิห้อง) หลังจากที่ยอมผ่อนปรน เส้นโค้งความเครียด-จะกระทบกับที่ราบสูงซึ่งเกิดความเครียดเพิ่มเติมโดยไม่มีความเครียดเพิ่มขึ้นมากนัก แต่รูปร่างของรากด้ายไม่อนุญาตให้ให้ผลผลิตสม่ำเสมอ ขั้นแรกวัสดุที่รากจะหลีกทาง และจากนั้นโซนครากจะกระจายออกไป โซนพลาสติกมีระยะห่างประมาณ 1.5–2.0 มม. จากรูทด้ายที่ 25 N·m เมื่อถอดแรงบิดออก โซนที่เปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่นจะพยายามคืนสภาพ แต่โซนที่เปลี่ยนรูปแบบพลาสติกจะไม่กลับคืนสู่รูปร่างเดิม ความไม่ตรงกันนี้ทำให้เกิดแรงดึงตกค้างที่ราก - ซึ่งโพลีเมอร์ถูกยืดออกอย่างมีประสิทธิภาพเหนือรัศมีรากที่มีขนาดเล็กกว่าปกติ ระดับความเค้นตกค้างซึ่งประเมินโดยวิธีโฟโตอิลาสติกในตัวอย่าง PFA แบบโปร่งใสคือ 4–8 MPa หลังจากเหตุการณ์ที่มีแรงบิดเกิน-หนึ่งครั้ง ความเค้นตกค้างเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอที่จะทำให้เกิดการแตกหักได้ในคราวเดียว แต่ทำหน้าที่เป็นโหลดล่วงหน้าซึ่งจะเพิ่มความเครียดในการทำงาน

การเปลี่ยนจาก Crazing ไปสู่ ​​Cracking ด้วยการปั่นจักรยานด้วยความร้อน
เช่นเดียวกับโพลีเมอร์กึ่งผลึกหลายชนิด PFA พัฒนารอยแตกร้าวแทนที่จะเป็นรอยแตกร้าวแบบดั้งเดิมภายใต้ความเค้นดึงเล็กน้อย ความคลั่งไคล้คือแถบบางๆ ของพอลิเมอร์ไฟบริลที่มีการวางแนวอย่างแรงซึ่งขยายออกไปในพื้นที่ว่าง โดยทั่วไปจะมีความกว้าง 1–5 µm และความยาว 50–200 µm Crazes เป็นการดูดซับพลังงานและสามารถทำให้ข้อผิดพลาดคงที่ได้เป็นพันๆ รอบการโหลด เมื่อไฟบริลในความบ้าคลั่งแตกสลาย ซึ่งโดยปกติจะเกิดขึ้นภายใต้แรงพิเศษหรือการมีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อม พวกมันจะก่อให้เกิดรอยแตกอย่างแท้จริง ในหน้าแปลนที่มีแรงบิดอย่างถูกต้อง (แรงบิดอยู่ภายในช่วงที่กำหนด) การขึ้นลงใดๆ ที่เกิดขึ้นที่โคนของเกลียวจะยังคงคงที่ตลอดอายุการใช้งานที่คาดการณ์ไว้ของเครื่องทำความร้อน เนื่องจากความตึงที่เหลือจากการติดตั้งบวกกับความเค้นของวงจรความร้อนจะต่ำกว่าเกณฑ์การเปลี่ยนผ่านจากความบ้าคลั่ง-ถึง-การแตกร้าว องค์ประกอบสองประการที่เอื้อต่อการเปลี่ยนไปสู่การแตกหักของหน้าแปลนที่มีแรงบิดเกิน-คือ: ประการแรก ความเค้นตกค้างจะมีมากขึ้น (4-8 MPa เทียบกับ. 1-2 MPa สำหรับแรงบิดที่เหมาะสมที่สุด) ทำให้มีความทนทานน้อยลงก่อนที่จะเกินความเครียดจากการบ้าคลั่ง ประการที่สอง บริเวณพลาสติกที่ใหญ่ขึ้นส่งผลให้เกิดข้อบกพร่องที่ยาวขึ้นซึ่งทำให้เกิดความปั่นป่วนที่รากของด้าย ปัจจัยความเข้มของความเครียดที่ปลายความบ้าคลั่งจะเป็นสัดส่วนกับรากที่สองของความยาวของความบ้าคลั่ง ดังนั้น ความบ้าคลั่งในช่วงแรกที่ยาวนานขึ้นต้องใช้แรงพิเศษในการแพร่กระจายน้อยกว่า

ความตึงเครียดที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากการหมุนเวียนด้วยความร้อนเปลี่ยนความบ้าคลั่งที่มั่นคงให้กลายเป็นรอยแตกที่แพร่กระจาย แต่ละครั้งที่เครื่องทำความร้อนเปลี่ยนจากอุณหภูมิโดยรอบไปเป็นอุณหภูมิในการทำงาน (เช่น 25 องศาถึง 90 องศาสำหรับอ่างกัดกรด) หน้าแปลน PFA จะขยายตัวมากกว่าสลักเกลียวโลหะ เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนของ PFA (100–120 ppm/ องศา ) มีค่าประมาณหกเท่าของเหล็กกล้าไร้สนิม (17 ppm/ องศา ) การขยายตัวส่วนต่างนี้ทำให้เกิดความเค้นดึงเพิ่มเติมใน PFA ที่อยู่รอบๆ โบลต์ นอกเหนือจากความเค้นตกค้างในการติดตั้ง สำหรับหน้าแปลน 50 มม. และโบลต์ M8 4 ตัว อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น 70 องศา ส่งผลให้เกิดความเค้นดึงเพิ่มเติม 5-7 MPa ใน PFA รอบรูโบลต์ ในหน้าแปลนที่มีแรงบิดอย่างดี ความเค้นโดยรวม (ที่เหลือ 1 - 2 MPa + ความร้อน 5 - 7 MPa) อยู่ที่ 6 - 9 MPa ซึ่งต่ำกว่าเกณฑ์ 10 - 12 MPa สำหรับการเปลี่ยนแปลงจากความบ้าคลั่ง-ถึง-รอยแตกสำหรับเกรด PFA ส่วนใหญ่ ความเค้นรวมสำหรับหน้าแปลนที่มีแรงบิดเกิน-คือ 9–15 MPa (ส่วนที่เหลือ 4–8 MPa บวกกับความร้อน 5–7 MPa) ซึ่งเกินเกณฑ์การเปลี่ยนแปลง หลังจากผ่านไป 100-รอบความร้อน 500 รอบ รอยแตกร้าวจะเกิดขึ้นจากรูทของเส้นด้ายและลุกลามไปทั่วความหนาของหน้าแปลนในรอบถัดไป โดยทั่วไปการแตกร้าวทะลุผนัง-ต้องใช้ 1,000-3,000 รอบจากจุดเริ่มต้นของการเปลี่ยนจากแบบบ้าคลั่งไปสู่การแตกร้าว ขึ้นอยู่กับความรุนแรงของแรงบิดที่มากเกินไปและอุณหภูมิในการทำงาน

การตรวจจับความเสียหายจากแรงบิดมากกว่า-ก่อนที่จะเกิดรอยแตกร้าว
ความเสียหายที่เกิดจากแรงบิดเกิน-จะไม่ปรากฏชัดเจนบนพื้นผิวของหน้าแปลนด้านนอกทันทีหลังการติดตั้ง การหลุดร่อนและการเสียรูปของพลาสติกนั้นจำกัดอยู่ที่รูโบลต์ที่โคนเกลียว และไม่สามารถตรวจพบได้ด้วยการตรวจสอบด้วยสายตา อย่างไรก็ตาม มีวิธีที่ไม่-ทำลายล้างสามวิธีที่สามารถตรวจจับหน้าแปลน PFA ที่บิดมากกว่า-ก่อนที่รอยแตกจะถึงพื้นผิว เทคนิคแรกคือการวัดการคงแรงบิดของโบลต์ ติดตั้งหน้าแปลนตามแรงบิดที่ระบุ ทำเครื่องหมายตำแหน่งของหัวสลักเกลียวที่สัมพันธ์กับหน้าแปลน จากนั้น-ตรวจสอบแรงบิดอีกครั้งหลังจากผ่านไป 24 ชั่วโมงที่อุณหภูมิห้อง -แรงบิดที่มากเกินไปและ-PFA ที่คืบคลานมากเกินไปจะสูญเสียแรงบิดเริ่มต้น 30–50% ภายใน 24 ชั่วโมงเมื่อความเย็นของโพลีเมอร์ไหลภายใต้การบีบอัดอย่างต่อเนื่อง หน้าแปลนที่ได้รับแรงบิดอย่างเหมาะสมจะสูญเสียแรงบิดเดิมเพียง 5-15% หากไม่มีการรั่วไหลที่ชัดเจนและการสูญเสียแรงบิดมากกว่า 25% แสดงว่าหน้าแปลนอาจมีแรงบิดมากกว่า-ในการติดตั้งนี้หรือก่อนหน้านั้น ตัวเลือกที่สองคือการวางขอบเขตการเจาะหรือโพรบไฟเบอร์ออปติกเข้าไปในรูโบลต์หลังจากถอดโบลต์แล้ว ภายใต้การขยาย รากด้ายจะแสดงจุดสีขาว ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าการฟอกสีฟันด้วยความเครียด ซึ่งเป็นผลมาจากการพัฒนาแบบไมโคร{24}} โคนเกลียวที่มีแรงบิดมากเกินไปจะมีแถบสีขาวต่อเนื่องกันตลอดโคนเกลียวของสองเกลียวแรก Roots Torqued อย่างถูกต้องไม่มีรอยฟอกสีฟันหรือแผ่นสีขาวเล็กๆ ที่แยกได้

เทคนิคที่สามคือการทดสอบความต่อเนื่องทางไฟฟ้าเมื่อหน้าแปลนมีระนาบกราวด์ฝังอยู่ นี่เป็นการกำหนดค่าทั่วไปสำหรับเครื่องทำความร้อน PFA สำหรับการใช้งานเซมิคอนดักเตอร์ แรงบิดที่มากเกินไป-ทำให้เกิดรอยแตกร้าวหรือรอยแตกร้าวอย่างรุนแรงผ่านความหนาของหน้าแปลน ทำให้ความชื้นเข้าถึงระนาบกราวด์ได้ วัดความต้านทานระหว่างระนาบกราวด์และอิเล็กโทรดอ้างอิงในของเหลวในถัง หน้าแปลนที่ปิดสนิทจะบ่งบอกถึงความต้านทาน > 1,000 MΩ หน้าแปลนที่มีการแตกหักเริ่มต้นที่โคนเกลียวจะมีค่า 100–500 MΩ หน้าแปลนการแตกร้าวผ่านผนังบางส่วนคือ 1-100 MΩ การทดสอบนี้ใช้กับหน้าแปลนที่มีชั้นสื่อกระแสไฟฟ้าต่อเนื่องเท่านั้น และไม่ใช่หน้าแปลน PFA ทั้งหมด วิธีการรักษาแรงบิดเป็นวิธีการวินิจฉัยภาคสนามที่เชื่อถือได้มากที่สุดสำหรับหน้าแปลน PFA ทั้งหมด

คำแนะนำการจำกัดแรงบิดและการป้องกันความล้มเหลว
ตารางด้านล่างแสดงค่าแรงบิดสูงสุดที่แนะนำสำหรับหน้าแปลน PFA และขนาดเกลียวทั่วไป และผลจากการเกินขีดจำกัดเหล่านี้ ค่านี้มีไว้สำหรับเกลียวที่สะอาดและแห้งโดยไม่ต้องหล่อลื่น (เกลียวที่มีการหล่อลื่นจะช่วยลดแรงเสียดทานและเพิ่มพรีโหลดสำหรับแรงบิดเท่าเดิม ดังนั้นจึงจำเป็นต้องลดแรงบิดลง 20 - 30 %) คำแนะนำทั้งหมดมีไว้สำหรับ PFA ที่อุณหภูมิห้องระหว่างการติดตั้ง ค่าแรงบิดควรลดลง 15% หากอุณหภูมิหน้าแปลนสูงกว่า 40 องศาระหว่างการติดตั้ง

ขนาดเกลียวของหน้าแปลนหรือข้อต่อฟิตติ้ง ช่วงแรงบิดที่แนะนำ (N·m) ขีดจำกัดแรงบิด (N·m) ผลที่ตามมาของขีดจำกัดที่เกินขีดจำกัด รอบที่คาดว่าจะเกิดการแตกร้าวที่ขีดจำกัด PFA-หน้าแปลนแบบห่อหุ้ม เส้นผ่านศูนย์กลาง 50 มม. M6 4 ถึง 6 10 แรงบิดเกิน-ปานกลาง: ความเค้นขาวขึ้นที่โคนเกลียว สูญเสียแรงบิด 25 ถึง 35% ใน 24 ชั่วโมง 500-1,000 รอบ ∆T=70 องศา
PFA encapsulated flange, 80 mm diameter M8 8-12 18 Moderate to severe Visible crazing at root Torque loss >40% 200-500 รอบ
หน้าแปลนหุ้มด้วย PFA เส้นผ่านศูนย์กลาง 100 มม. M10 12–16 22 รุนแรง: การเสียรูปเนื่องจากพลาสติกที่หน้าหน้าแปลน รอยแตกเกิดขึ้นที่เกลียวแรก 50–200 รอบ
ข้อต่อเกลียว PFA แบบตัน (NPT หรือ BSP) 1/2 นิ้ว (DN15) 3–5 8 ความเสี่ยงในการปอกเกลียว ความเครียดแตกร้าวที่โคนเกลียวใน 10-50 วัน (เกิดความล้มเหลวทั่วไปในทันที)
ข้อต่อเกลียว PFA แบบตัน 3/4 นิ้ว (DN20) 5-8 12 หน้าแปลนแตกร้าว ข้อต่ออาจยึดที่สลักเกลียว 20-100 รอบ

การป้องกันความเสียหายที่เกิน-จากแรงบิดเกี่ยวข้องกับการเลือกเครื่องมือและการฝึกอบรม