Când un tub de încălzire electric din titan este folosit pentru a încălzi o baie de ulei siliconic care s-a degradat la acid formic (niveluri de urme), cum afectează grosimea peretelui timpul până la prima pipătură detectată de emisia acustică?

Un schimb-de bază în designul încălzitorului din titan pentru uleiul de silicon degradat
Băile de ulei siliconic sunt adesea folosite pentru aplicații la temperaturi înalte (150-200 de grade) datorită rezistenței lor termice. Cu toate acestea, funcționarea pe termen lung la temperatură ridicată în prezența oxigenului sau a umidității are ca rezultat formarea de produse de degradare a uleiului siliconic sub formă de urme de acid formic (HCOOH) și alți siloxani cu greutate moleculară mică. Acidul formic atacă titanul, în special la temperaturi ridicate, ducând la pitting. Pittingul este stocastic-începe în puncte aleatorii de pe suprafața învelișului-și poate fi observat de senzorii de emisie acustică (AE) care preiau vibrațiile ultrasonice generate atunci când o groapă se nucleează și se extinde. Grosimea peretelui influențează timpul până la prima groapă (timpul de inducție), deoarece determină temperatura suprafeței și starea de stres la stratul pasiv. Inițierea gropii este accelerată de pereții mai groși, care sunt mai fierbinți și care, de asemenea, umezesc emisiile acustice, întârziind detectarea. Legătura dintre grosimea peretelui, timpul până la prima groapă și detectabilitatea emisiilor acustice este cuantificată în această investigație.

Impactul mecanismului de pitting al acidului formic asupra integrității mecanice
La 180 de grade, cantități mici (10-100 ppm) de acid formic din uleiul de siliciu daunează titanului printr-un mecanism de pitting. Reacția continuă: Ti + 4HCOOH → Ti(HCOO) 4 + 2H 2 Formiatul de titan este solubil în ulei și, prin urmare, nu se formează un strat protector. Pitting se inițiază în locuri cu grosimea minimă a peliculei pasive sau în zonele poluante. Timpul de inducție (timpul până la prima groapă) urmează o legătură Arrhenius cu temperatura suprafeței: t ind=A x exp (E a ​​/RT). Pentru o creștere cu 10 o C a temperaturii suprafeței, timpul de inducție este redus cu aproximativ 50%.

La aceeași densitate de putere, peretele mai gros de titan (2,0 mm față de 1,0 mm) are temperatura mai mare pe suprafața exterioară (cu 2-4 grade) datorită rezistenței electrice. Această ușoară variație de temperatură reduce timpul de inducție cu 10-20%. 1.0 mm perete la 180 de grade în vrac; temperatura suprafeței ~187 grade, timp de inducție ~800 ore. 2.0 mm perete: temp. ≈ 190 de grade, timp de inducție ≈ 650 de ore. Perete mai gros groapă mai devreme.

Influența asupra performanței termice: amortizarea semnalului de emisie acustică
Nuclearea gropii produce semnale de emisie acustică care sunt unde de stres de înaltă frecvență (100 kHz-1 MHz). Aceste unde sunt atenuate în momentul în care ajung la senzorul AE (plasat la capătul rece sau pe peretele rezervorului) prin peretele de titan. Coeficientul de atenuare pentru titan este de aproximativ 5 dB/mm la 500 kHz. Un perete de 1,0 mm reduce puterea semnalului cu 5 dB. Un perete de 2,0 mm reduce puterea semnalului cu 10 dB. Pentru fiecare 6 dB de atenuare, amplitudinea semnalului la senzor este redusă la jumătate. Prin urmare, semnalul AE de la o groapă pe un perete de 2,0 mm este de 3-5 ori mai mic decât pe un perete de 1,0 mm și este mai dificil de detectat. Este posibil ca groapa să fi devenit destul de mare în momentul în care semnalul poate fi detectat.

Sinteza compromisului: grosimea peretelui și detecția AE
Grosimea peretelui (mm) Temperatura suprafeței (grade) Timpul până la prima groapă (ore) Atenuarea semnalului AE (dB) Amplitudinea AE relativă Timp până la AE detectabil (ore) 0,8 mm 186 grade 850 ore 4 dB 1,6× linia de bază 850 ore
1,0 mm 187 grade 800 h 5 dB 1,0x linia de bază 800 h
1,2 mm 188 grade 750 ore 6 dB 0,8× 800 ore (detecție întârziată)
1,5 mm 189 grade 700 ore 7,5 dB 0,6× 800 ore (gropile cresc înainte de detectare)
2,0 mm 190 grade 650 ore 10 dB 0,3× 900 ore (detecție după creștere semnificativă)
Peretele mai gros reduce timpul de inducție (gropile apar mai devreme) și slăbește semnalele AE (detecția este întârziată). Această combinație înseamnă că gropile de pe un perete de 2,0 mm pot atinge o adâncime de 50-100 µm înainte de a fi identificate, în timp ce gropile de pe un perete de 1,0 mm sunt recunoscute la o adâncime de 10-20 µm.

Inginerie dincolo de perete: plasarea senzorilor AE și managementul fluidelor
Atenuarea poate fi depășită prin locația senzorului AE. Cea mai mare parte a atenuării peretelui este eliminată prin montarea senzorului direct pe mantaua de titan la capătul fierbinte (folosind un ghid de undă de înaltă temperatură sau o clemă magnetică). Grosimea peretelui are un efect redus asupra detectabilității în fixarea directă. Mai important, prevenirea deteriorării uleiului de silicon crește timpul de inducție indiferent de grosimea peretelui. Adăugarea unui antioxidant (de exemplu, . 0.1% fenotiazină) la uleiul de silicon reduce generarea de acid formic de 10-20X și crește timpul de inducție la 8,000+ ore. Uleiul stabilizat cu un perete de 1,5 mm oferă o durată mai lungă de viață fără gropi decât uleiul deteriorat cu un perete de 1,0 mm.

Concluzie: Peretele subțire (1,0 mm) este bun pentru monitorizarea 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 mm) pereții întârzie detectarea și permit creșterea neobservată a gropilor. • Specificați rata de degradare a uleiului estimată și poziția senzorilor AE atunci când specificați încălzitoare pentru băile de ulei siliconic cu monitorizare a stării. Și pereții mai subțiri sunt mult mai buni pentru detectarea AE fiabilă a pitting-ului timpuriu.