Механизъм на стареене на термична умора: Правила за дрейф на термодвойки на нагреватели на дюзи при често стартиране-Спиране на цикъл
Честото стартиране и спиране на оборудването са основните работни характеристики на серийното производство на леене под налягане. Всеки цикъл на пускане{1}}стопиране носи силно студено-топлинно променливо термично напрежение към нагревателите на дюзите, причинявайки продължителна загуба на умора на нагревателните проводници и изолационните структури. Повечето преждевременни повреди на нагревателя на дюзата и температурната нестабилност не са причинени от дефекти в качеството, а от дългосрочно-натрупано стареене от термична умора. Според проверката на цикличния тест за умора, различните структури на нагревателя на дюзата имат различна устойчивост на термична умора, образувайки напълно различни дългосрочни-правила за дрейф на термодвойката при често стартиране-спиране на работни условия.
Нагревателите с отворени слюдени дюзи имат най-слаба устойчивост на термична умора. Слоестата изолация от слюда разчита на сглобяване на физическо ламиниране без интегрална структурна свързваща сила. Повтарящото се термично разширение и свиване по време на циклите старт-стоп причинява постепенно разхлабване, отделяне и микро-деформация на изолационните слоеве. Деформираната изолационна структура води до неравномерни промени на термичното съпротивление във всеки цикъл, което води до нестабилна топлинна мощност. Данните от сензорите на термодвойки генерират периодично трептене и кумулативен дрейф с увеличаването на времената на цикъла. При партидно производство с висока{7}}честота, годишният кумулативен дрейф на слюдените нагреватели, поддържащи системи с термодвойки, достига 2,3 градуса, което сериозно засяга стабилността на процеса.
Сегментираните нагреватели с керамични дюзи имат значително подобрена устойчивост на термична умора. Твърдите керамични изолационни материали имат стабилни физични и химични свойства при термични цикли, без наслоено разхлабване или деформация. Сегментираната структура може правилно да освободи топлинния стрес по време на повишаване и спадане на температурата, поддържайки стабилно вътрешно термично съпротивление и топлинна мощност. При същите чести условия за стартиране-стопиране, годишният дрейф на термодвойката на керамичните нагревателни системи се контролира в рамките на 0,7 градуса, което е много по-добро от отворените структури от слюда. Единствената скрита опасност е, че дългосрочното-натрупване на топлинен стрес може да причини микро-пукнатини в крехките керамични материали, което води до локално отклонение на топлината.
Напълно затворените нагреватели на метални-отлети дюзи постигат оптимална устойчивост на термична умора. Интегрираната метална матрица за изливане образува интегрирана структура за балансиране на напрежението, която може равномерно да освободи напрежението от топлинно разширение и свиване във всеки цикъл на стартиране-стопиране без структурна деформация или повреда на вътрешната изолация. Вътрешният нагревателен проводник от сплав и изолационната среда са напълно фиксирани в плътната метална матрица, избягвайки изместване от умора и затихване на производителността. При ултра-циклични условия на работа с висока честота, годишният дрейф на термодвойката на метални-отлети нагревателни системи се контролира стабилно в рамките на 0,2 градуса, реализирайки почти нулев-дрейф дългосрочна-работа.
Високо{0}}честотните циклични тестови данни проверяват интуитивно разликите в съпротивлението на умора. След 6000 непрекъснати термични цикъла на стартиране-спиране, симулиращи серийно производство, нагревателите с дюзи от слюда имат степен на отказ от умора от 8,9%, керамичните конструкции достигат 2,6%, а металните-отлети конструкции имат нулев отказ от умора. Грешката на динамичното отчитане на термодвойката на слюдените структури варира между 1,5 градуса и 2,4 градуса, керамичните структури поддържат 0,4 градуса до 0,8 градуса, а металните -отлети структури се стабилизират под 0,3 градуса.
Устойчивостта на термична умора директно определя експлоатационния живот и дългосрочната-прецизна стабилност на системите за нагряване на дюзи. Разумният структурен избор въз основа на честотата на производствените партиди и съответстващото калибриране на компенсацията на умората на термодвойката може ефективно да намали отклонението при стареене и степента на повреда, реализирайки дългосрочна-стабилна работа на производствени линии с периодични партиди.
