Zašto bi PFA grijač sa zavarenom završnom kapom mogao proći hidraulički test pucanja pri 10 bara, ali pasti nakon 200 toplinskih ciklusa od 20 stupnjeva do 150 stupnjeva zbog zamora linije zavara?

Budući da je linija zavara sklona zamoru, a ne statičkom nadtlaku, PFA grijač sa zavarenom završnom kapom može proći hidraulički test pucanja pri 10 bara (statički tlak), ali ne uspijeva nakon samo 200 toplinskih ciklusa od 20 stupnjeva do 150 stupnjeva. Primjenom konstantnog unutarnjeg tlaka tijekom testa pucanja, naprezanje se ravnomjerno raspoređuje po cijelom zavaru. Zbog razlike u širenju između cijevi (ekstrudirane, usmjerene) i završne kapice (lijevane, izotropne), toplinski ciklusi proizvode ciklička posmična i vlačna naprezanja koja su koncentrirana na kontaktu zavara. Mikropukotine počinju na liniji zavara, šire se po zavaru nakon 100-500 ciklusa i rezultiraju curenjem ili pucanjem pri tlaku znatno ispod statičke vrijednosti pucanja. Takva ranjivost ne postoji u proširenoj završnoj kapici (bez zavara), koja podnosi 5 000–10 000 temperaturnih ciklusa. Čak i ako je nazivni statički tlak dovoljan, koristite raširene kape (pogledajte članak #34) umjesto zavarenih kapa za primjene ciklusa topline.

Mehanizam zamora linije zavara
Komprimirano-livena kapica (izotropna, kristalnost 40-45%) i ekstrudirana cijev (orijentirana, kristalnost 45-50%) spojene su zavarenom završnom kapom. Postoje tri intrinzične greške u spoju zavara: (1) zaostalo naprezanje od diferencijalnog hlađenja; (2) smanjena molekularna težina zbog toplinskog propadanja-izazvanog zavarivanjem; i (3) oštar zarez u korijenu zavara (koncentrator naprezanja). Obručno naprezanje, koje djeluje jednoliko, glavna je vrsta naprezanja pod statičkim unutarnjim tlakom. Kratkoročno, zavar može tolerirati 8–12 bara. Sučelje kap-cijevi doživljava cikličko smicanje pod toplinskim cikliranjem zbog značajnog odstupanja u koeficijentu toplinskog širenja između PFA (110–120 ppm/stupnju) i metalne jezgre (14–17 ppm/stupnju). Sa svakim ciklusom, linija zavara se savija naprijed-natrag poput šarke. Pukotine od zamora pojavljuju se u korijenu zavara nakon 100-500 ciklusa. Do kvara dolazi pri tlakovima nižim od 2–4 bara kada pukotina dosegne graničnu duljinu i proširi se cijelim zavarom tijekom sljedećeg ciklusa pritiska.

Usporedna učinkovitost proširenih i zavarenih završnih kapa
Tip završnog pritiska kod kvara nakon 200 ciklusa (bar) Statički tlak pucanja (bar) na 25 stupnjeva Ciklusi do prve pukotine (20–150 stupnjeva, 5 stupnjeva/min) Ciklusi do curenja (20–150 stupnjeva) Način dominantnog kvara
Ručno zavarivanje 10-14 50–150 100–300 2-4 Zamor linije zavarivanja
Automatizirano, zavareno (N2 atmosfera) 12–16 150–300 300–600 3–5Zamor linije zavara
Zavareno + naknadno{1}}žareno (200 stupnjeva, 4 sata) 14–18 300–600 600–1,200 4–6Linija zavara plus susjedna
Rašireno (bešavno) 20–25 5,000–8,000 10,000–15,000 10–12 (još uvijek visoko) Zamor rasutog materijala
Spaljeno + žareno 22–28 8,000–12,000 15,000–20,000 12–15 Ništa u stvarnom životu
Primjer na terenu
PFA heaters with welded end caps were used in a batch reactor. Before being installed, every heater passed a hydrostatic test at 10 bar. Twice a day, the reactor cycled between 20°C and 150°C (about 700 cycles annually). One heater resulted in a ground fault after 4 months (about 240 cycles). A circumferential crack near the weld line was discovered during inspection. With the same heater body and wall thickness, the facility moved to flared end caps. There were no end cap failures after five years (>3500 ciklusa). Proširena kapa povećala je cijenu grijača za 50 (1550 na 152 000 u hitnim zamjenama).

Zašto je burst test varljiv
Kratkotrajna -čvrstoća zavara pod statičkim opterećenjem određena je hidrauličkim ispitivanjem pucanja provedenim na sobnoj temperaturi. Cikličke posmične sile toplinskog širenja nisu replicirane njime. U statičkoj napetosti, zavarena kapa može imati 80% čvrstoće osnovnog materijala, ali samo 20-30% vijeka trajanja na zamor. Iako je test pucanja bitna provjera kvalitete (za pronalaženje ozbiljnih nedostataka), njime se ne može predvidjeti vijek trajanja toplinskog ciklusa.

Inspekcija zamora linije zavara
Pregledajte liniju zavara (vidljivi prsten na vrhu grijača) nakon 100–200 toplinskih ciklusa. Upotrijebite povećalo 10–20×. Tražiti:

Čak i 0,1 mm-duge fine periferne pukotine

Uzduž zavara, izbjeljivanje (stresno izbjeljivanje)

mala deformacija ili ispupčenje

Zamijenite grijač prije nego što se potpuno pokvari ako se pojavi bilo koji od ovih simptoma.

Zaključno, iako zavarene kapice prolaze testove pucanja, prerano padaju pod toplinskim ciklusima.
PFA grijač sa zavarenom završnom kapom može proći hidraulički test pucanja pri 10 bara, ali zamor na liniji zavara uzrokuje kvar nakon samo 200 toplinskih ciklusa. Puno prije nego što se premaši nazivni statički tlak, pukotine počinju i šire se jer linija zavara koncentrira ciklički stres od diferencijalnog toplinskog širenja. Raširene (bešavne) završne kapice potrebne su za bilo koju primjenu koja uključuje toplinske cikluse, čak i jedan ciklus dnevno. Samo statičke, niske-temperature ili ne-biciklističke usluge trebaju koristiti zavarene kape. Toplinski ciklusi pokazuju da je zavar slab, ali test pucanja pokazuje da je jak. Ne vjerujte praskama, već ciklusima. Zavarite ga samo kada je potrebno i razvaljajte ga. Savjet određuje koliko će dugo vaš grijač trajati. Doživotni vrh je prošireni vrh. Sat koji otkucava je zavareni vrh. Odaberite odsjaj.