Når et elektrisk varmerør af titan bruges til at opvarme et silikoneoliebad, der er nedbrudt til myresyre (sporniveauer), hvordan påvirker vægtykkelsen tiden til første pitting, som detekteres af akustisk emission?
Læg en besked
En grundlæggende afvejning- af titaniumvarmerdesign for nedbrudt silikoneolie
Silikoneoliebade bruges ofte til højtemperaturapplikationer (150-200 grader) på grund af deres termiske modstandsdygtighed. Langtidsdrift ved høj temperatur i nærvær af oxygen eller fugt resulterer imidlertid i dannelse af nedbrydningsprodukter af silikoneolie som spormængder af myresyre (HCOOH) og andre lavmolekylære siloxaner. Myresyre angriber titanium, især ved høje temperaturer, hvilket resulterer i pitting. Pittingen er stokastisk-det starter på tilfældige steder på kappens overflade-og kan observeres af akustiske emissionssensorer (AE), som opfanger de ultralydsvibrationer, der genereres, når en pit kernedannelse og udvider sig. Vægtykkelsen påvirker tiden til første pit (induktionstid), da den bestemmer overfladetemperaturen og spændingstilstanden ved det passive lag. Pit-initiering fremskyndes af tykkere vægge, som er varmere, og som også dæmper akustiske emissioner, hvilket forsinker detektion. Sammenhængen mellem vægtykkelse, tid til første hul og sporbarhed af akustisk emission er kvantificeret i denne undersøgelse.
Myresyregrubemekanisme Indvirkning på mekanisk integritet
Ved 180 grader beskadiger små mængder (10-100 ppm) myresyre i siliciumolie titanium ved hjælp af en pitmekanisme. Reaktionen fortsætter: Ti + 4HCOOH → Ti(HCOO) 4 + 2H 2 Titanformiatet er opløseligt i olien, og der dannes derfor ikke noget beskyttende lag. Pitting påbegyndes på steder med minimal passiv filmtykkelse eller ved områder med forurenende stoffer. Induktionstiden (tid til første pit) følger en Arrhenius-forbindelse med overfladetemperaturen: t ind=A x exp (E a /RT). Ved en stigning på 10 o C i overfladetemperaturen reduceres induktionstiden med omkring 50 %.
Ved samme effekttæthed har den tykkere titaniumvæg (2,0 mm vs 1,0 mm) den højere temperatur på ydersiden (med 2-4 grader) på grund af den elektriske modstand. Denne lille temperaturvariation reducerer induktionstiden med 10-20 %. 1.0 mm væg ved 180 graders bulk; overfladetemperatur ~187 grader, induktionstid ~800 timer. 2.0 mm væg: overfladetemp. ≈ 190 grader, induktionstid ≈ 650 timer. Tykkere mur tidligere pit.
Indflydelse på termisk ydeevne: Dæmpning af akustisk emissionssignal
Pit-kernedannelse producerer akustiske emissionssignaler, der er højfrekvente stressbølger (100 kHz-1 MHz). Disse bølger dæmpes, når de når AE-sensoren (placeret i den kolde ende eller på tankvæggen) gennem titaniumvæggen. Dæmpningskoefficienten for titanium er omkring 5 dB/mm ved 500 kHz. En 1,0 mm væg reducerer signalstyrken med 5 dB. En 2,0 mm væg reducerer signalstyrken med 10 dB. For hver 6 dB dæmpning halveres signalamplituden ved sensoren. Derfor er AE-signalet fra en pit på en 2,0 mm væg 3-5 gange mindre end på en 1,0 mm væg og er sværere at detektere. Gruben kan være blevet ret stor på det tidspunkt, signalet kan detekteres.
Syntese af kompromiset: Vægtykkelse og AE-detektion
Vægtykkelse (mm) Overfladetemperatur (grad) Tid til første pit (timer) AE-signaldæmpning (dB) Relativ AE-amplitude Tid til detekterbar AE (timer) 0,8 mm 186 grader 850 timer 4 dB 1,6× basislinje 850 timer
1,0 mm 187 grader 800 h 5 dB 1,0x baseline 800 h
1,2 mm 188 grader 750 timer 6 dB 0,8× 800 timer (forsinket detektion)
1,5 mm 189 grader 700 timer 7,5 dB 0,6× 800 timer (gruber vokser før detektering)
2,0 mm 190 grader 650 timer 10 dB 0,3× 900 timer (detektion efter betydelig vækst)
Tykkere væg reducerer induktionstiden (gruber opstår tidligere) og svækker AE-signaler (detektion er forsinket). Denne kombination betyder, at gruber på en 2,0 mm væg kan nå en dybde på 50-100 µm, før de identificeres, mens gruber på en 1,0 mm væg genkendes i en dybde på 10-20 µm.
Engineering Beyond the Wall: Placering af AE-sensorer og væskestyring
Dæmpning kan overvindes via AE-sensorplacering. Det meste af vægdæmpningen elimineres ved at montere sensoren direkte på titaniumkappen i den varme ende (ved hjælp af en højtemperaturbølgeleder eller magnetisk klemme). Vægtykkelse har ringe indflydelse på sporbarheden ved direkte fiksering. Endnu vigtigere er det, at forebyggelsen af nedbrydning af silikoneolie øger induktionstiden uanset vægtykkelsen. Tilsætning af en antioxidant (f.eks. . 0.1% phenothiazin) til silikoneolien reducerer dannelsen af myresyre 10-20X og øger induktionstiden til 8,000+ timer. Stabiliseret olie med en 1,5 mm væg giver en længere grubefri levetid end forringet olie med en 1,0 mm væg.
Konklusion: Tyndvæg (1,0 mm) er god til AE-overvågning
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) vægge forsinker detektion og tillader ubemærket vækst af gruber. • Angiv den estimerede olienedbrydningshastighed og position af AE-sensorer, når du specificerer varmelegemer til silikoneoliebade med tilstandsovervågning. Og tyndere vægge er langt bedre til pålidelig AE-detektion af tidlige pitting.
