Penutup hujung yang dikimpal pada pemanas PFA gagal sebelum masanya pada talian kimpalan di bawah tekanan berbasikal atau serangan kimia. Satu-proses penyepuhlindapan haba dua peringkat-mula-mula pada 150 darjah selama 4 jam, kemudian pada 220 darjah selama 6 jam-boleh mengurangkan kelemahan talian kimpalan sebanyak 60–80% tetapi tidak dapat menghapuskannya sepenuhnya. Peringkat pertama (150 darjah ) melegakan tekanan sisa daripada proses kimpalan tanpa mencairkan antara muka kimpalan. Peringkat kedua (220 darjah ) menggalakkan interdifusi rantai merentasi garisan kimpalan, meningkatkan keterikatan molekul dan meningkatkan padanan kehabluran antara penutup dan tiub. Selepas dua-peringkat penyepuhlindapan, tekanan pecah talian kimpalan meningkat daripada 5–10 bar kepada 15–20 bar (untuk penutup dinding 2 mm), menghampiri tekanan pecah 25–30 bar tiub asas. Walau bagaimanapun, garisan kimpalan kekal sebagai titik lemah struktur kerana penutup dan tiub mempunyai sejarah haba yang berbeza (tiub tersemperit vs. penutup acuan). Penghapusan sepenuhnya tidak mungkin dengan penyepuhlindapan sahaja; perubahan reka bentuk (tutup bernyala, lihat Artikel #34) diperlukan untuk kelemahan talian kimpalan sifar.
Struktur Talian Kimpalan dan Kelemahan
Penutup hujung PFA yang dikimpal bercantum dua keping: tiub tersemperit (berorientasikan tinggi, kehabluran 45–50%) dan penutup acuan-mampatan (isotropik, kehabluran 40–45%). Antara muka kimpalan mempunyai tiga kecacatan: (1) tegasan sisa daripada penyejukan pembezaan; (2) berat molekul yang lebih rendah akibat kemerosotan haba semasa kimpalan; (3) kehabluran tidak sepadan mewujudkan kepekatan tegasan. Tekanan letusan sebagai-dikimpal biasanya 30–50% daripada tekanan letusan tiub asas. Tiub dinding 2 mm pecah pada 25–30 bar; tiub yang sama dengan penutup dikimpal pecah pada 8–12 bar pada talian kimpalan.
Penyepuhlindapan-peringkat tunggal pada 180–200 darjah selama 4 jam meningkatkan tekanan pecah kepada 12–16 bar (50–60% tiub). Dua-peringkat penyepuhlindapan mencapai 15–20 bar (60–75% tiub). Penambahbaikan datang daripada kelonggaran rantai (membenarkan rantai polimer{15}}terjerat semula merentasi antara muka) dan penghabluran semula separa yang mengurangkan zon tidak padan.
Pengoptimuman Proses Penyepuhlindapan
| Proses Penyepuhlindapan | Tahap 1 Suhu (darjah) | Masa Peringkat 1 (jam) | Tahap 2 Suhu (darjah) | Masa Peringkat 2 (jam) | Tekanan Letusan Talian Kimpalan (bar, dinding 2 mm) | % Pecah Tiub (28 bar) | Mod Kegagalan | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Tiada penyepuhlindapan | - | - | - | - | 6–10 | 21–36% | Patah talian kimpalan bersih | ||
| Peringkat tunggal (rendah) | 150 | 8 | - | - | 8–12 | 29–43% | Talian kimpalan dengan pemutihan tekanan | ||
| Peringkat tunggal (sederhana) | 180 | 6 | - | - | 10–14 | 36–50% | Kimpalan bercampur dan bersebelahan | ||
| Peringkat tunggal (tinggi) | 220 | 4 | - | - | 12–16 | 43–57% | delaminasi separa | ||
| Peringkat tunggal (sangat tinggi) | 250 | 2 | - | - | 10–14 (lebih-anil) | 36–50% | Polimer terdegradasi | ||
| Dua-peringkat (rendah-tinggi) | 150 | 4 | 220 | 6 | 15–20 | 54–71% | Bersebelahan dengan kimpalan (bukan garisan kimpalan) | ||
| Dua-peringkat (sederhana-tinggi) | 180 | 4 | 220 | 4 | 16–20 | 57–71% | Sama seperti di atas | ||
| Dua-peringkat (150→200) | 150 | 4 | 200 | 8 | 14–18 | 50–64% | Boleh diterima | ||
| Tiga-peringkat (150→200→220) | 150 | 2 | 200 | 4 | 220 | 2 | 16–20 | 57–71% | Peningkatan marginal |
Mekanisme Dua-Penyepuhlindapan Peringkat
Peringkat pertama 150 darjah berada di bawah takat lebur PFA (305 darjah ) tetapi di atas peralihan kaca (-15 darjah , jadi semua suhu melebihi Tg). Pada 150 darjah, rantai polimer mempunyai mobiliti yang ketara. Tekanan sisa daripada kimpalan (orientasi beku-dalam) mengendur. Masa kelonggaran pada 150 darjah ialah 1–2 jam; 4 jam memastikan kelegaan tekanan sepenuhnya.
Tahap kedua 220 darjah lebih dekat dengan takat lebur tetapi masih di bawahnya. Pada suhu ini, resapan rantai merentasi antara muka kimpalan dipercepatkan. Pekali resapan D mengikuti D=D₀ × exp(-E_a/RT). Pada 220 darjah , D ialah 10–20× lebih tinggi daripada pada 150 darjah . Rantaian daripada tiub dan penutup saling menembusi, mewujudkan jalinan merentasi antara muka. Antara muka menjadi kurang jelas. Kehabluran kedua-dua bahagian sebahagiannya cair dan terhablur semula, membentuk struktur yang lebih seragam merentasi kimpalan. Walau bagaimanapun, tiub mengekalkan beberapa orientasi (dari penyemperitan) yang tidak boleh dihapuskan sepenuhnya tanpa lebur, jadi kimpalan kekal dapat dikesan.
Pelaksanaan dan Had Praktikal
Untuk melaksanakan dua-peringkat penyepuhlindapan untuk penutup hujung PFA:
Selepas mengimpal, letakkan pemanas (atau pemasangan penutup) dalam ketuhar-yang beredar.
Tanjakan pada 5 darjah / min hingga 150 darjah . Tahan selama 4 jam.
Tanjakan pada 3 darjah / min hingga 220 darjah . Tahan selama 6 jam.
Sejukkan pada 2 darjah/min hingga 50 darjah sebelum dikeluarkan.
Proses ini menambah 10-12 jam kepada masa pembuatan dan meningkatkan kos sebanyak 15-25%. Ia disyorkan untuk aplikasi berbasikal-tekanan tinggi atau tinggi-yang mana kekuatan talian kimpalan adalah kritikal. Untuk perkhidmatan tekanan-rendah (atmosfera,<2 bar), single-stage annealing or even no annealing may be sufficient.
Even with optimal two-stage annealing, the weld line remains weaker than the base tube by 25–40%. For applications requiring maximum reliability (pressure >10 bar, thermal cycling >1,000 kitaran), penutup hujung yang menyala (tiada talian kimpalan) lebih disukai berbanding sebarang penutup dikimpal annealed. Penutup yang menyala tidak mempunyai garis kimpalan dan mencapai 90–95% kekuatan tiub asas.
Contoh Medan
Pengilang pemanas PFA untuk-pencerna tekanan tinggi (10 bar, 200 darjah ) menggunakan penutup hujung yang dikimpal dengan-penyepuhlindapan peringkat tunggal (180 darjah , 6 jam). Kadar kegagalan talian kimpalan selepas 12 bulan ialah 8%. Pengilang bertukar kepada dua{10}}peringkat penyepuhlindapan (150 darjah /4jam + 220 darjah /6jam). Kadar kegagalan talian kimpalan menurun kepada 2.5% (masih ada). Untuk barisan produk-kebolehpercayaan tertinggi mereka, mereka mereka bentuk semula kepada penutup hujung yang menyala, mencapai kegagalan talian kimpalan sifar selama 5 tahun.
Pemeriksaan dan Kawalan Kualiti
Selepas dua-peringkat penyepuhlindapan, periksa kualiti talian kimpalan dengan:
Ujian pecah: Penutup sampel mesti pecah pada Lebih daripada atau sama dengan 15 bar untuk dinding 2 mm (atau Lebih besar daripada atau sama dengan 75% pecahan tiub).
Mikroskopi: Rentas-bahagian kimpalan dan periksa di bawah cahaya terkutub. Kimpalan yang baik tidak menunjukkan garisan yang jelas; antara muka kelihatan meresap melebihi 50–100 µm.
DSC (kalorimetri pengimbasan pembezaan): Ukur kehabluran pada kedua-dua belah kimpalan; perbezaan sepatutnya<5%.
Kesimpulan: Dua-Peringkat Penyepuhlindapan Mengurangkan Kelemahan tetapi Tidak Menghapuskannya
Penyepuhlindapan haba dua-peringkat (150 darjah /4jam + 220 darjah /6jam) mengurangkan kelemahan talian kimpalan pada penutup hujung PFA sebanyak 60–80%, meningkatkan tekanan pecah daripada 6–10 bar kepada 15–20 bar (untuk dinding 2 mm). Proses ini melegakan tekanan sisa dan menggalakkan interdifusi rantai merentasi antara muka kimpalan. Walau bagaimanapun, kerana tiub tersemperit dan penutup acuan mempunyai orientasi molekul dan kehabluran yang berbeza, garisan kimpalan kekal sebagai titik lemah struktur dengan kekuatan 25-40% lebih rendah daripada tiub asas. Untuk aplikasi berbasikal-tekanan tinggi atau tinggi{18}}yang kritikal, penutup hujung yang menyala (tiada talian kimpalan) adalah satu-satunya cara untuk menghapuskan kelemahan talian kimpalan sepenuhnya. Penyepuhlindapan ialah peningkatan-kos efektif untuk penutup yang dikimpal tetapi bukan penyelesaian yang lengkap. Kimpalan kurang, sepuhlindap lebih baik, atau reka bentuk menyala. Pilih berdasarkan risiko. Dalam tekanan tinggi, talian kimpalan adalah liabiliti. Anil mereka, tetapi jangan mempercayai mereka sepenuhnya. Flare adalah satu-satunya jaminan.
