क्या दो -स्टेज थर्मल एनीलिंग प्रक्रिया पीएफए ​​एंड कैप्स में वेल्ड लाइन की कमजोरी को दूर कर सकती है?

वेल्डेड एंड कैप वाले पीएफए ​​हीटर दबाव चक्रण या रासायनिक हमले के कारण वेल्ड लाइन पर समय से पहले टूट जाते हैं। दो चरण वाली थर्मल एनीलिंग तकनीक, पहले 4 घंटे के लिए 150 डिग्री पर और फिर 6 घंटे के लिए 220 डिग्री पर, वेल्ड लाइन की कमजोरी को 60- 80% तक कम कर सकती है, लेकिन इसे पूरी तरह खत्म नहीं कर सकती। पहला चरण (150 डिग्री) वेल्ड संपर्क को पिघलाए बिना, वेल्डिंग प्रक्रिया के कारण होने वाले अवशिष्ट तनाव को समाप्त करता है। दूसरा चरण (220 डिग्री) वेल्ड लाइन में चेन इंटरडिफ्यूजन को सक्षम बनाता है, जिसके परिणामस्वरूप आणविक उलझन में वृद्धि होती है और कैप और ट्यूब के बीच क्रिस्टलीयता में बेहतर मिलान होता है। बेस ट्यूब (25-30 बार) के बर्स्ट दबाव के करीब, दो-चरण एनीलिंग के बाद वेल्ड लाइन का बर्स्ट दबाव 5-10 बार से बढ़कर 15-20 बार (2 मिमी वॉल कैप के लिए) हो जाता है। हालाँकि, वेल्ड लाइन संरचना में एक कमजोर बिंदु है क्योंकि कैप और ट्यूब में अलग-अलग थर्मल इतिहास (एक्सट्रूडेड ट्यूब बनाम मोल्डेड कैप) होते हैं। अकेले एनीलिंग से इससे पूरी तरह छुटकारा नहीं पाया जा सकता; वेल्ड लाइन की कमजोरी को पूरी तरह से खत्म करने के लिए डिज़ाइन परिवर्तन (फ्लेयर्ड कैप, अनुच्छेद #34 देखें) की आवश्यकता है।

वेल्ड लाइन संरचना और कमजोरी
एक वेल्डेड पीएफए ​​एंड कैप दो तत्वों को जोड़ता है, एक एक्सट्रूडेड ट्यूब (अत्यधिक उन्मुख, क्रिस्टलीयता 45 - 50%) और एक संपीड़न ढाला टोपी (आइसोट्रोपिक, क्रिस्टलीयता 40-45%) . 3 वेल्ड इंटरफ़ेस में खामियां: 1. अंतर शीतलन के कारण अवशिष्ट तनाव 2. वेल्डिंग के दौरान थर्मल गिरावट के कारण कम आणविक भार 3. बेमेल क्रिस्टलीयता तनाव एकाग्रता का कारण बनती है। एज़-वेल्डेड स्थिति का फट दबाव आमतौर पर बेस ट्यूब के फटने वाले दबाव का 30 से 50 प्रतिशत होता है। 2 मिमी की दीवार वाली ट्यूब 25-30 बार पर फट जाती है और वेल्डेड टॉप वाली समान ट्यूब वेल्ड लाइन के पास 8-12 बार पर फट जाती है।

4 घंटे के लिए 180-200 डिग्री पर एकल -स्टेज एनीलिंग से बर्स्ट दबाव 12-16 बार (ट्यूब का 50-60%) तक बढ़ जाता है। दो -चरण एनीलिंग 15-20 बार (ट्यूब का 60-75%) सुधार श्रृंखला विश्राम (जहां पॉलिमर श्रृंखलाओं को इंटरफ़ेस में फिर से उलझने की अनुमति दी जाती है) और आंशिक पुनर्संरचना के कारण होता है, जो बेमेल क्षेत्र को कम करता है।

एनीलिंग प्रक्रिया का अनुकूलन
एनीलिंग प्रक्रिया चरण 1 तापमान (डिग्री) चरण 1 समय (घंटा) चरण 2 तापमान (डिग्री) चरण 2 समय (घंटा) वेल्ड लाइन फट दबाव (बार, 2 मिमी दीवार) ट्यूब फटने का% (28 बार) विफलता मोड
कोई एनीलिंग नहीं - - - - 6-10 21-36%स्वच्छ वेल्ड लाइन टूटना
एकल चरण (निम्न) 150 8 - - 8-12 29-43% वेल्ड लाइन (तनाव-श्वेतीकरण)
एकल चरण (मध्यम) 180 6 - - 10–14 36–50% मिश्रित वेल्ड और आसन्न
एकल चरण (उच्च) 220 4 - - 12----57%आंशिक डी--------------------------
एकल चरण (अत्यंत उच्च) 250 2 - - 10-14 (अधिक-एनीलेल्ड) 36-50% ख़राब पॉलिमर
2-स्टेज (निम्न-उच्च) 150 4 220 6 15-20 54-71% आसन्न वेल्ड (वेल्ड लाइन नहीं)
दो -चरण (मध्यम-ऊंचा) 180 4 220 4 16–20 57–71% ऊपर के समान।
Two stage (150->200) 150 4 200 8 14-18 50-64% स्वीकार्य
तीन-चरण (150→200→220) 150 2 200 4 220 2 16–20 57–71% थोड़ा सुधार
दो-चरणीय एनीलिंग तंत्र
150 डिग्री पर पहला चरण पीएफए ​​पिघलने बिंदु (305 डिग्री) से नीचे है, लेकिन ग्लास संक्रमण (-15 डिग्री इसलिए सभी तापमान टीजी से ऊपर है) से ऊपर है। 150 डिग्री सेल्सियस पर, पॉलिमर श्रृंखलाएं काफी गतिशीलता प्रदर्शित करती हैं। वेल्डिंग से अवशिष्ट तनाव में छूट (अभिविन्यास में बंद)। 150 डिग्री पर आराम की अवधि 1-2 घंटे है, 4 घंटे पूर्ण तनाव निवारण प्रदान करते हैं।

220 डिग्री का दूसरा चरण गलनांक के करीब है लेकिन उस पर काफी नहीं। इस तापमान पर वेल्ड संपर्क पर श्रृंखला प्रसार बढ़ जाता है। प्रसार गुणांक D, D=D0 exp(-Ea/RT) द्वारा दिया जाता है। 220 डिग्री पर D, 150 डिग्री से 10 - 20× बड़ा है। संपर्क में उलझाव ट्यूब और टोपी से श्रृंखलाओं के अंतरप्रवेश द्वारा प्राप्त किया जाता है। इंटरफ़ेस अपरिभाषित हो जाता है. दोनों पक्षों की क्रिस्टलीयता आंशिक रूप से पिघलती है और पूरे वेल्ड में अधिक सजातीय संरचना का निर्माण करने के लिए पुन: क्रिस्टलीकृत होती है। लेकिन ट्यूब में कुछ अभिविन्यास (एक्सट्रूज़न से) होता है जिसे पिघले बिना पूरी तरह से हटाया नहीं जा सकता है, इसलिए वेल्ड अभी भी स्पष्ट है।

सीमाएँ और व्यावहारिक उपयोग
पीएफए ​​एंड कैप के लिए 2 चरणीय एनीलिंग लागू करने के लिए:

वेल्ड करें, फिर हीटर (या कैप असेंबली) को हवा प्रसारित करने वाले ओवन में सेट करें।

5 डिग्री/मिनट पर 150 डिग्री तक रैंप। 4 घंटे के लिए छोड़ दें.

रैंप 3 डिग्री/मिनट से 220 डिग्री। 6 घंटे तक खड़े रहने दें.

हटाने से पहले 2 डिग्री/मिनट से 50 डिग्री पर ठंडा करें।

यह तकनीक विनिर्माण समय में 10-12 घंटे और लागत में 15-25% जोड़ती है। उच्च दबाव या उच्च चक्र अनुप्रयोगों के लिए अनुशंसित जहां वेल्ड लाइन की ताकत महत्वपूर्ण है। कम दबाव वाली सेवा (वायुमंडलीय, 2 बार) के लिए एकल चरण एनीलिंग या यहां तक ​​कि कोई एनीलिंग भी पर्याप्त नहीं हो सकती है।

The weld line is at best 25–40% weaker than the base tube with two-stage annealing. The optimum choice for any annealed welded cap is a flared end cap (no weld line) for situations where highest durability is required (pressure >10 bar, temperature cycling >1000 चक्र)। फ्लेयर्ड कैप वेल्ड लाइन मुक्त है और इसमें बेस ट्यूब की ताकत 90-95% है।

उदाहरण क्षेत्र
उच्च दबाव डाइजेस्टर (10 बार, 200 डिग्री) के लिए पीएफए ​​हीटर के निर्माता सिंगल स्टेज एनीलिंग (180 डिग्री, 6 घंटे) के साथ वेल्डेड एंड कैप का उपयोग करते हैं। 12 महीनों में वेल्ड लाइन विफलता दर 8% थी। निर्माता ने दो -चरणीय एनील (150 डिग्री/4 घंटा + 220 डिग्री/6 घंटा) पर स्विच किया। वेल्ड लाइन विफलता दर 2.5% तक कम (अभी भी मौजूद)। उन्होंने अपनी उच्चतम विश्वसनीयता वाली उत्पाद श्रृंखला के लिए फ़्लेयर एंड कैप को फिर से डिज़ाइन किया और 5 वर्षों में शून्य वेल्ड लाइन विफलता हुई।

गुणवत्ता नियंत्रण और निरीक्षण
दो चरण एनीलिंग के बाद वेल्ड लाइन की गुणवत्ता की जाँच करें:

बर्स्ट परीक्षण: ट्यूब की दीवार 2 मिमी या ट्यूब का 75% कैप फटना 15 बार पर।

माइक्रोस्कोपी: वेल्ड क्रॉस सेक्शन को काटें और ध्रुवीकृत प्रकाश के नीचे जांच करें। एक अच्छा वेल्ड कोई स्पष्ट रेखा नहीं, बल्कि 50-100 µm का फैला हुआ इंटरफ़ेस प्रदर्शित करता है।

डीएससी (डिफरेंशियल स्कैनिंग कैलोरिमेट्री): वेल्ड के दोनों किनारों पर क्रिस्टलीयता को मापें; अंतर <5%

निष्कर्ष: दो-स्टेज एनीलिंग कमजोरी को कम करती है लेकिन ख़त्म नहीं करती
दो {{0}स्टेज थर्मल एनीलिंग (150 डिग्री /4 घंटा + 220 डिग्री /6 घंटा) पीएफए ​​एंड कैप में वेल्ड लाइन की कमजोरी को 60{15}}80% तक कम कर देता है, जिससे बर्स्ट दबाव 6-10 बार से 15-20 बार (2 मिमी दीवार के लिए) बढ़ जाता है। यह विधि अवशिष्ट तनाव को समाप्त करती है और पूरे वेल्ड संपर्क में श्रृंखला अंतरप्रसार को बढ़ाती है। हालांकि, वेल्ड लाइन एक संरचनात्मक कमजोर स्थान बनी हुई है, जिसकी ताकत बेस ट्यूब की तुलना में 25-40% कम है, जो कि एक्सट्रूडेड ट्यूब और मोल्डेड कैप के बीच आणविक अभिविन्यास और क्रिस्टलीयता में अंतर्निहित अंतर के कारण है। आवश्यक उच्च दबाव या उच्च चक्र अनुप्रयोगों के लिए वेल्ड लाइन की कमजोरी को पूरी तरह से खत्म करने का एकमात्र तरीका फ्लेयर्ड एंड कैप (कोई वेल्ड लाइन नहीं) का उपयोग करना है। वेल्डेड कैप को बेहतर बनाने के लिए एनीलिंग एक लागत प्रभावी तरीका हो सकता है, लेकिन यह सब कुछ ठीक नहीं है। वेल्ड कम, एनील बेहतर या फ्लेयर डिज़ाइन। जोखिम के आधार पर चुनाव. उच्च दबाव में वेल्ड लाइनें खतरे में हैं। उन्हें त्याग दो, लेकिन उन पर भरोसा मत करो। एकमात्र आश्वासन भड़कना है।"