जब एक टाइटेनियम इलेक्ट्रिक हीटिंग ट्यूब का उपयोग सिलिकॉन तेल स्नान को गर्म करने के लिए किया जाता है जो कि फॉर्मिक एसिड (ट्रेस लेवल) में बदल जाता है, तो दीवार की मोटाई ध्वनिक उत्सर्जन द्वारा पता लगाए गए पहले पिटिंग के समय को कैसे प्रभावित करती है?

डिग्रेडेड सिलिकॉन तेल के लिए टाइटेनियम हीटर डिज़ाइन में एक बुनियादी ट्रेड-ऑफ
सिलिकॉन तेल स्नान का उपयोग अक्सर उनके तापीय लचीलेपन के कारण उच्च तापमान अनुप्रयोगों (150-200 डिग्री) के लिए किया जाता है। हालाँकि, ऑक्सीजन या नमी की उपस्थिति में उच्च तापमान पर लंबे समय तक संचालन के परिणामस्वरूप फॉर्मिक एसिड (HCOOH) और अन्य कम आणविक भार सिलोक्सेन की थोड़ी मात्रा के रूप में सिलिकॉन तेल के क्षरण उत्पादों का निर्माण होता है। फॉर्मिक एसिड टाइटेनियम पर हमला करता है, विशेष रूप से उच्च तापमान पर, जिसके परिणामस्वरूप गड्ढा हो जाता है। पिटिंग स्टोकेस्टिक है {{6}यह शीथ सतह पर यादृच्छिक स्थानों पर शुरू होती है {{7}और इसे ध्वनिक उत्सर्जन (एई) सेंसर द्वारा देखा जा सकता है जो गड्ढे के न्यूक्लियेशन और विस्तार होने पर उत्पन्न अल्ट्रासोनिक कंपन को पकड़ता है। दीवार की मोटाई पहले गड्ढे के समय (प्रेरण समय) को प्रभावित करती है क्योंकि यह निष्क्रिय परत पर सतह के तापमान और तनाव की स्थिति को निर्धारित करती है। मोटी दीवारों के कारण गड्ढे बनने की गति तेज हो जाती है, जो अधिक गर्म होती हैं और ध्वनिक उत्सर्जन को कम करती हैं, जिससे पता लगाने में देरी होती है। इस जांच में दीवार की मोटाई, पहले गड्ढे तक का समय और ध्वनिक उत्सर्जन का पता लगाने की क्षमता के बीच संबंध को निर्धारित किया गया है।

फॉर्मिक एसिड पिटिंग तंत्र का यांत्रिक अखंडता पर प्रभाव
180 डिग्री पर सिलिकॉन तेल में फॉर्मिक एसिड की छोटी मात्रा (10-100 पीपीएम) पिटिंग तंत्र द्वारा टाइटेनियम को नुकसान पहुंचाती है। प्रतिक्रिया चलती रहती है: Ti + 4HCOOH → Ti(HCOO) 4 + 2H 2 टाइटेनियम फॉर्मेट तेल में घुलनशील है और इसलिए कोई सुरक्षात्मक परत नहीं बनती है। न्यूनतम निष्क्रिय फिल्म मोटाई वाले स्थानों पर या प्रदूषकों वाले क्षेत्रों में गड्ढे बनाने की शुरुआत की जाती है। प्रेरण समय (पहले गड्ढे का समय) सतह के तापमान के साथ अरहेनियस कनेक्शन का अनुसरण करता है: t ind=A x exp (E a ​​/RT)। सतह के तापमान में 10 डिग्री सेल्सियस की वृद्धि के लिए प्रेरण समय लगभग 50% कम हो जाता है।

समान शक्ति घनत्व पर, मोटी टाइटेनियम दीवार (2.0 मिमी बनाम 1.0 मिमी) में विद्युत प्रतिरोध के कारण बाहरी सतह पर उच्च तापमान (2-4 डिग्री तक) होता है। तापमान में यह मामूली बदलाव 180 डिग्री थोक पर प्रेरण समय को 10-20% . 1.0 मिमी दीवार तक कम कर देता है; सतह का तापमान ~187 डिग्री, प्रेरण समय ~800 घंटे. 2.0 मिमी दीवार: सतह का तापमान। ≈ 190 डिग्री, प्रेरण समय ≈ 650 घंटे। गड्ढे से पहले मोटी दीवार.

थर्मल प्रदर्शन पर प्रभाव: ध्वनिक उत्सर्जन सिग्नल का अवमंदन
पिट न्यूक्लिएशन ध्वनिक उत्सर्जन संकेत उत्पन्न करता है जो उच्च आवृत्ति तनाव तरंगें (100 किलोहर्ट्ज़-1 मेगाहर्ट्ज) हैं। ये तरंगें टाइटेनियम की दीवार के माध्यम से एई सेंसर (ठंडे सिरे पर या टैंक की दीवार पर रखे गए) तक पहुंचने पर क्षीण हो जाती हैं। टाइटेनियम के लिए क्षीणन गुणांक 500 किलोहर्ट्ज़ पर लगभग 5 डीबी/मिमी है। 1.0 मिमी की दीवार सिग्नल की शक्ति को 5 डीबी तक कम कर देती है। 2.0 मिमी की दीवार सिग्नल की शक्ति को 10 डीबी तक कम कर देती है। प्रत्येक 6 डीबी क्षीणन के लिए सेंसर पर सिग्नल का आयाम आधा हो जाता है। इसलिए, 2.0 मिमी की दीवार पर गड्ढे से एई सिग्नल 1.0 मिमी की दीवार की तुलना में 3-5 गुना कम है और इसका पता लगाना अधिक कठिन है। जब तक सिग्नल का पता चलेगा तब तक गड्ढा काफी बड़ा हो चुका होगा।

समझौते का संश्लेषण: दीवार की मोटाई और एई का पता लगाना
दीवार की मोटाई (मिमी) सतह का तापमान (डिग्री) पहले गड्ढे तक का समय (घंटे) एई सिग्नल क्षीणन (डीबी) सापेक्ष एई आयाम पता लगाने योग्य एई का समय (घंटे) 0.8 मिमी 186 डिग्री 850 घंटे 4 डीबी 1.6× बेसलाइन 850 घंटे
1.0 मिमी 187 डिग्री 800 घंटे 5 डीबी 1.0x बेसलाइन 800 घंटे
1.2 मिमी 188 डिग्री 750 घंटे 6 डीबी 0.8× 800 घंटे (विलंबित पहचान)
1.5 मिमी 189 डिग्री 700 घंटा 7.5 डीबी 0.6× 800 घंटा (पहचान से पहले ही गड्ढे बढ़ जाते हैं)
2.0 मिमी 190 डिग्री 650 घंटे 10 डीबी 0.3× 900 घंटे (महत्वपूर्ण वृद्धि के बाद पता लगाना)
मोटी दीवार प्रेरण समय को कम कर देती है (गड्ढे पहले दिखाई देते हैं) और एई सिग्नल कमजोर हो जाते हैं (पता लगाने में देरी होती है)। इस संयोजन का मतलब है कि 2.0 मिमी की दीवार पर गड्ढे पहचाने जाने से पहले 50-100 µm की गहराई तक पहुंच सकते हैं, जबकि 1.0 मिमी की दीवार पर गड्ढे 10-20 µm की गहराई पर पहचाने जाते हैं।

दीवार से परे इंजीनियरिंग: एई सेंसर और द्रव प्रबंधन का प्लेसमेंट
एई सेंसर स्थान के माध्यम से क्षीणन को दूर किया जा सकता है। गर्म सिरे पर सीधे टाइटेनियम शीथ पर सेंसर लगाकर (उच्च तापमान वेवगाइड या चुंबकीय क्लैंप का उपयोग करके) अधिकांश दीवार क्षीणन को समाप्त कर दिया जाता है। प्रत्यक्ष फिक्सिंग में दीवार की मोटाई का पता लगाने की क्षमता पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि सिलिकॉन तेल की गिरावट को रोकने से दीवार की मोटाई की परवाह किए बिना प्रेरण समय बढ़ जाता है। सिलिकॉन तेल में एक एंटीऑक्सीडेंट (उदाहरण के लिए . 0.1% फेनोथियाज़िन) मिलाने से फॉर्मिक एसिड 10-20X का उत्पादन कम हो जाता है, और प्रेरण का समय 8,{8}} घंटे तक बढ़ जाता है। 1.5 मिमी की दीवार के साथ स्थिर तेल 1.0 मिमी की दीवार के साथ खराब हुए तेल की तुलना में लंबे समय तक गड्ढा-मुक्त जीवन प्रदान करता है।

निष्कर्ष: पतली दीवार (1.0 मिमी) एई मॉनिटरिंग के लिए अच्छी है
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 मिमी) की दीवारें पता लगाने में देरी करती हैं और गड्ढों की वृद्धि पर किसी का ध्यान नहीं जाता। • स्थिति की निगरानी के साथ सिलिकॉन तेल स्नान के लिए हीटर निर्दिष्ट करते समय अनुमानित तेल क्षरण दर और एई सेंसर की स्थिति निर्दिष्ट करें। और शुरुआती गड्ढों का विश्वसनीय एई पता लगाने के लिए पतली दीवारें कहीं बेहतर हैं।