Коли титанова електрична нагрівальна трубка використовується для нагрівання силіконової масляної ванни, яка розклалася до мурашиної кислоти (слідові рівні), як товщина стінки впливає на час до першого пітингу, який виявляє акустична емісія?

Основний компроміс-у конструкції титанового нагрівача для деградованої силіконової олії
Силіконові масляні ванни часто використовуються для застосування при високих температурах (150–200 градусів) завдяки їх термостійкості. Однак довготривала -експлуатація при високій температурі в присутності кисню або вологи призводить до утворення продуктів розкладання силіконової олії у вигляді слідових кількостей мурашиної кислоти (HCOOH) та інших низькомолекулярних силоксанів. Мурашина кислота руйнує титан, особливо при високих температурах, що призводить до утворення ямкової кори. Пітінг є стохастичним-він починається у випадкових точках на поверхні оболонки-і може спостерігатися за допомогою датчиків акустичної емісії (AE), які вловлюють ультразвукові коливання, що виникають під час зародження та розширення ямки. Товщина стінки впливає на час до першої ямки (час індукції), оскільки вона визначає температуру поверхні та напружений стан у пасивному шарі. Ініціювання ями прискорюється завдяки більш товстим стінкам, які є більш гарячими та які також пом’якшують акустичне випромінювання, затримуючи виявлення. Зв'язок між товщиною стінки, часом до першої ямки та можливістю виявлення акустичної емісії кількісно визначено в цьому дослідженні.

Вплив мурашиної кислоти на механічну цілісність
При 180 градусах невеликі кількості (10–100 частин на мільйон) мурашиної кислоти в силіконовій олії пошкоджують титан за допомогою механізму пітінгу. Реакція відбувається: Ti + 4HCOOH → Ti(HCOO) 4 + 2H 2 Формат титану розчиняється в олії, тому захисний шар не утворюється. Пітінг починається в місцях мінімальної товщини пасивної плівки або в місцях забруднення. Час індукції (час до першої ямки) відповідає зв’язку Арреніуса з температурою поверхні: t ind=A x exp (E a ​​/RT). При збільшенні температури поверхні на 10 o C час індукції скорочується приблизно на 50%.

За тієї самої щільності потужності товща титанова стінка (2,0 мм проти 1,0 мм) має вищу температуру на зовнішній поверхні (на 2–4 градуси) через електричний опір. Ця невелика зміна температури зменшує час індукції на 10-20%. 1.0 мм стінки при 180 градусів об’єму; температура поверхні ~187 градусів, час індукції ~800 годин. 2.0 мм стінка: температура поверхні ≈ 190 градусів, час індукції ≈ 650 годин. Більш товста стінка раніше ями.

Вплив на теплові характеристики: Демпфування сигналу акустичної емісії
Піт-нуклеація створює сигнали акустичного випромінювання, які є високочастотними хвилями напруги (100 кГц-1 МГц). Ці хвилі послаблюються, коли вони досягають датчика AE (розміщеного на холодному кінці або на стінці бака) через титанову стінку. Коефіцієнт ослаблення для титану становить близько 5 дБ/мм при 500 кГц. Стінка товщиною 1,0 мм зменшує потужність сигналу на 5 дБ. Стінка товщиною 2,0 мм зменшує потужність сигналу на 10 дБ. На кожні 6 дБ затухання амплітуда сигналу на датчику зменшується вдвічі. Таким чином, сигнал АЕ від виїмки на стінці 2,0 мм в 3-5 разів менший, ніж на стінці 1,0 мм, і його важче виявити. Яма може стати досить великою до моменту виявлення сигналу.

Синтез компромісу: товщина стінки та виявлення AE
Товщина стінки (мм) Температура поверхні (градуси) Час до першої ямки (години) Затухання сигналу AE (дБ) Відносна амплітуда AE Час до виявленого AE (години) 0,8 мм 186 градусів 850 годин 4 дБ 1,6× базова лінія 850 годин
1,0 мм 187 градусів 800 год 5 дБ 1,0x базова лінія 800 год
1,2 мм 188 градусів 750 годин 6 дБ 0,8 × 800 годин (відкладене виявлення)
1,5 мм 189 градусів 700 годин 7,5 дБ 0,6 × 800 годин (піти ростуть до виявлення)
2,0 мм 190 градусів 650 годин 10 дБ 0,3 × 900 годин (виявлення після значного зростання)
Більш товста стінка зменшує час індукції (піти з’являються раніше) і послаблює сигнали АЕ (виявлення затримується). Ця комбінація означає, що ямки на стінці товщиною 2,0 мм можуть досягати глибини 50-100 мкм до виявлення, тоді як ямки на стінці 1,0 мм розпізнаються на глибині 10-20 мкм.

Інженерія за межами стіни: розміщення датчиків AE та управління рідиною
Загасання можна подолати за допомогою розташування датчика AE. Більшість затухання на стіні усувається шляхом встановлення датчика безпосередньо на титанову оболонку на гарячому кінці (за допомогою високотемпературного хвилеводу або магнітного затискача). Товщина стінки мало впливає на виявлення при прямому кріпленні. Що ще важливіше, запобігання псуванню силіконового масла збільшує час індукції незалежно від товщини стінки. Додавання антиоксиданту (наприклад, . 0.1% фенотіазину) до силіконової олії зменшує утворення мурашиної кислоти в 10-20 разів і збільшує час індукції до 8000+ годин. Стабілізоване масло зі стінкою 1,5 мм забезпечує більший термін служби без ямок, ніж зіпсоване масло зі стінкою 1,0 мм.

Висновок: тонка стінка (1,0 мм) хороша для моніторингу AE
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 мм) стінки затримують виявлення та дозволяють непоміченому зростанню ямок. • Укажіть передбачувану швидкість деградації олії та положення датчиків AE під час визначення нагрівачів для ванн із силіконовим маслом із моніторингом стану. А більш тонкі стінки набагато кращі для надійного виявлення AE раннього пітингу.