Kun titaanista valmistettua sähkölämmitysputkea käytetään muurahaishapoksi hajotetun silikoniöljyhauteen lämmittämiseen (pienet tasot), kuinka seinämän paksuus vaikuttaa akustisen päästön havaitsemaan aikaan ensimmäiseen pisteytykseen?

Peruskauppa-titaanilämmittimen suunnittelussa heikentyneelle silikoniöljylle
Silikoniöljykylpyjä käytetään usein korkeissa lämpötiloissa (150–200 astetta) niiden lämmönkestävyyden vuoksi. Pitkäaikainen käyttö korkeassa lämpötilassa hapen tai kosteuden läsnä ollessa johtaa kuitenkin silikoniöljyn hajoamistuotteiden muodostumiseen pieninä määrinä muurahaishappoa (HCOOH) ja muita alhaisen molekyylipainon siloksaaneja. Muurahaishappo hyökkää titaaniin erityisesti korkeissa lämpötiloissa, mikä aiheuttaa pistesyöpymistä. Pitting on stokastinen-se alkaa satunnaisista kohdista vaipan pinnalla-ja voidaan havaita akustisen emission (AE) antureilla, jotka poimivat ultraäänivärähtelyt, jotka syntyvät, kun kuoppa ydintyy ja laajenee. Seinämän paksuus vaikuttaa ensimmäiseen kuoppaan (induktioaikaan) kuluvaan aikaan, koska se määrittää pinnan lämpötilan ja jännitystilan passiivikerroksessa. Kuopan syttymistä nopeuttavat paksummat seinät, jotka ovat kuumempia ja jotka myös vaimentavat akustisia päästöjä, mikä viivästyttää havaitsemista. Seinämän paksuuden, ensimmäiseen kuoppaan kuluvan ajan ja akustisen emission havaittavuuden välinen yhteys kvantifioidaan tässä tutkimuksessa.

Muurahaishapon pisteytysmekanismin vaikutus mekaaniseen eheyteen
Pienet määrät (10–100 ppm) piiöljyssä olevaa muurahaishappoa vahingoittavat titaania 180 asteessa pistestömekanismilla. Reaktio jatkuu: Ti + 4HCOOH → Ti(HCOO) 4 + 2H 2 Titaaniformiaatti liukenee öljyyn, joten suojakerrosta ei muodostu. Pistäminen aloitetaan kohdista, joissa passiivisen kalvon paksuus on pienin, tai alueilla, joissa on saasteita. Induktioaika (aika ensimmäiseen kuoppaan) seuraa Arrhenius-yhteyttä pintalämpötilan kanssa: t ind=A x exp (E a ​​/RT). Pintalämpötilan noustessa 10 o C induktioaika lyhenee noin 50 %.

Samalla tehotiheydellä paksummalla titaaniseinällä (2,0 mm vs 1,0 mm) on korkeampi lämpötila ulkopinnalla (2–4 astetta) sähkövastuksen vuoksi. Tämä pieni lämpötilan vaihtelu lyhentää induktioaikaa 10-20 %. 1.0 mm seinään 180 asteen tilavuusasteella; pintalämpötila ~187 astetta, induktioaika ~800 tuntia. 2.0 mm seinä: pintalämpötila. ≈ 190 astetta, induktioaika ≈ 650 tuntia. Paksumpi seinä aikaisempi kuoppa.

Vaikutus lämpösuorituskykyyn: Akustisen emissiosignaalin vaimennus
Pit nucleation tuottaa akustisia emissiosignaaleja, jotka ovat korkeataajuisia stressiaaltoja (100 kHz-1 MHz). Nämä aallot vaimentuvat, kun ne saavuttavat AE-anturin (joka on sijoitettu kylmään päähän tai säiliön seinälle) titaaniseinän läpi. Titaanin vaimennuskerroin on noin 5 dB/mm 500 kHz:llä. 1,0 mm:n seinä vähentää signaalin voimakkuutta 5 dB. 2,0 mm:n seinä vähentää signaalin voimakkuutta 10 dB. Jokaista 6 dB vaimennusta kohden anturin signaalin amplitudi puolitetaan. Siksi AE-signaali 2,0 mm:n seinän kuopasta on 3-5 kertaa pienempi kuin 1,0 mm:n seinässä ja sitä on vaikeampi havaita. Kuoppa on saattanut kasvaa melko suureksi, kun signaali voidaan havaita.

Kompromissin synteesi: Seinämän paksuus ja AE-tunnistus
Seinän paksuus (mm) Pintalämpötila ( aste ) Aika ensimmäiseen kuoppaan (tuntia) AE-signaalin vaimennus (dB) Suhteellinen AE-amplitudi Aika havaittavaan AE:hen (tuntia) 0,8 mm 186 astetta 850 tuntia 4 dB 1,6× perusviiva 850 tuntia
1,0 mm 187 astetta 800 h 5 dB 1,0x perusviiva 800 h
1,2 mm 188 astetta 750 tuntia 6 dB 0,8 ​​× 800 tuntia (viivästetty tunnistus)
1,5 mm 189 astetta 700 h 7,5 dB 0,6 × 800 h (kuopat kasvavat ennen havaitsemista)
2,0 mm 190 astetta 650 tuntia 10 dB 0,3 × 900 tuntia (tunnistus merkittävän kasvun jälkeen)
Paksumpi seinä lyhentää induktioaikaa (kuopat ilmestyvät aikaisemmin) ja heikentää AE-signaaleja (tunnistus viivästyy). Tämä yhdistelmä tarkoittaa, että 2,0 mm:n seinässä olevat kuopat voivat saavuttaa 50-100 µm:n syvyydet ennen tunnistamista, kun taas 1,0 mm:n seinässä olevat kuopat tunnistetaan 10-20 µm:n syvyydeltä.

Engineering Beyond the Wall: AE-anturien sijoittaminen ja nesteenhallinta
Vaimennus voidaan voittaa AE-anturin sijainnin avulla. Suurin osa seinän vaimennusta eliminoidaan asentamalla anturi suoraan titaanivaippaan kuumaan päähän (käyttämällä korkean lämpötilan aaltoputkea tai magneettipuristinta). Seinämän paksuudella on vain vähän vaikutusta havaittavuuteen suorassa kiinnityksessä. Vielä tärkeämpää on, että silikoniöljyn kulumisen estäminen lisää induktioaikaa seinämän paksuudesta riippumatta. Antioksidantin (esim. . 0.1% fenotiatsiini) lisääminen silikoniöljyyn vähentää muurahaishapon muodostumista 10-20X ja nostaa induktioajan 8,000+ tuntiin. Stabiloitu öljy, jonka seinämä on 1,5 mm, tarjoaa pidemmän kuoppattoman käyttöiän kuin huonokuntoinen öljy, jonka seinämä on 1,0 mm.

Johtopäätös: Ohut seinä (1,0 mm) on hyvä AE-valvontaan
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) seinät viivästävät havaitsemista ja mahdollistavat kuoppien huomaamattoman kasvun. • Määritä arvioitu öljyn hajoamisnopeus ja AE-antureiden sijainti, kun määrität lämmittimiä silikoniöljykylpyille, joissa on kunnonvalvonta. Ohuemmat seinät ovat paljon parempia varhaisen pistesyöpymisen luotettavaan AE-tunnistukseen.