Ar gyfer peirianwyr dylunio sy'n gwerthuso dibynadwyedd tymor hir gwresogyddion trochi trydan mewn gwasanaeth tymheredd uchel cylchol, mae'r rhyngwyneb rhwng y wain dur di-staen 316 a'r inswleiddiad magnesiwm ocsid yn lleoliad methiant hollbwysig ond sy'n aml yn cael ei anwybyddu. Yn ystod pob cylch gwresogi, mae'r wain 316 yn ehangu'n fwy na'r MgO oherwydd bod y cyfernod ehangu thermol o 316 (tua 17 × 10⁻⁶ / gradd) yn fras ddwywaith cymaint â MgO cywasgedig (tua 9 × 10⁻⁶ / gradd). Mae'r ehangiad gwahaniaethol hwn yn cynhyrchu straen cneifio yn y rhyngwyneb wain-MgO. Dros filoedd o gylchoedd, gall y straen hwn achosi dadbondio, ffurfio bylchau, a gorboethi'r wifren ymwrthedd yn y pen draw. Mae trwch wal y wain yn dylanwadu'n uniongyrchol ar faint y straen rhyngwynebol hyn oherwydd bod waliau mwy trwchus yn cyfyngu ar ehangu yn wahanol i waliau tenau. Mae'r erthygl hon yn meintioli'r berthynas rhwng trwch wal gwain 316 a straen rhyngwynebol a achosir gan ehangu thermol, gan ddarparu canllawiau dethol ar gyfer cymwysiadau beicio uchel.
Mecaneg Ehangu Thermol Gwahaniaethol ar Ryngwyneb Wain-MgO
Pan fydd gwresogydd yn cael ei ymgynnull, mae'r inswleiddiad MgO yn cael ei gywasgu yn erbyn wyneb mewnol y gwain 316 o dan bwysau uchel oherwydd swaging. Mae hyn yn creu ffit ymyrraeth dynn â straen cywasgol gweddilliol ar y rhyngwyneb. Wrth i dymheredd y gwresogydd godi, mae'r ddau ddeunydd yn ehangu. Mae'r wain 316 yn ceisio ehangu'n rheiddiol tuag allan ac yn amgylchiadol. Mae'r MgO, gyda'i gyfernod ehangu is, yn gwrthsefyll yr ehangiad hwn. Y canlyniad yw gostyngiad mewn straen cywasgol rhyngwynebol-neu, ar dymheredd digon uchel, newid i straen tynnol a ffurfio bylchau. Mae'r tymheredd critigol y mae gwahaniad rhyngwynebol yn digwydd ynddo yn dibynnu ar y straen gweddilliol cychwynnol o swaging ac anystwythder y wal wain. Mae gan wal wain fwy trwchus anystwythder rheiddiol uwch, sy'n golygu ei bod yn gwrthsefyll ehangu'n gryfach ac yn cynnal cyswllt rhyngwynebol i dymheredd uwch. I'r gwrthwyneb, mae gwain waliau tenau yn cydymffurfio'n well a gall ganiatáu ffurfio bylchau ar dymheredd is. Fodd bynnag, unwaith y bydd bwlch yn ffurfio, mae'r wain wal denau yn profi straen plygu lleol uwch wrth i'r wal heb ei chynnal wyro o dan bwysau mewnol neu raddiant thermol.
Perthynas Feintiol Rhwng Trwch Waliau a Chadw Straen Rhyngwynebol
Mae dadansoddiad elfen gyfyngedig o wain 316 diamedr allanol 10 mm gyda MgO wedi'i gywasgu i 3.0 g / cm³ yn darparu rhagfynegiadau meintiol o straen rhyngwynebol fel swyddogaeth o drwch wal a thymheredd. Ar dymheredd ystafell ar ôl swaging, mae'r straen cywasgol rhyngwynebol tua 30 MPa ar gyfer trwch wal 1.0 mm, 45 MPa ar gyfer wal 1.5 mm, a 60 MPa ar gyfer wal 2.0 mm. Mae'r wain fwy trwchus yn storio mwy o gywasgu gweddilliol oherwydd bod y broses swaging yn trosglwyddo grymoedd uwch i'r MgO cyn i'r wain gynhyrchu'n blastig. Wrth i'r tymheredd gynyddu, mae'r straen rhyngwynebol yn gostwng yn llinol gyda thymheredd oherwydd ehangiad gwahaniaethol. Mae'r tymheredd y mae straen rhyngwynebol yn cyrraedd sero-y tymheredd dadbondio-tua 280 gradd ar gyfer y wal 1.0mm, 340 gradd ar gyfer y wal 1.5mm, a 380 gradd ar gyfer y wal 2.0mm. Ar gyfer gwresogyddion sy'n gweithredu ar dymheredd uchaf o 400 gradd, mae'r wain 1.0 mm yn profi straen rhyngwynebol tynnol o tua 5 MPa ar ôl dadbondio, tra bod y wain 2.0 mm yn parhau mewn cywasgiad trwy gydol y cylch cyfan. Unwaith y bydd y rhyngwyneb yn tynnol, mae'r bond rhwng gwain a MgO yn cael ei golli. Mae bylchau bach yn ffurfio, gan gynyddu'r ymwrthedd thermol o'r wifren gwrthiant i'r wain. Nid yw'r MgO yn y rhanbarth bwlch bellach yn dargludo gwres yn effeithiol, gan greu man poeth lleol a all gyflymu ocsidiad gwifren.
Blinder Cylchol y Rhyngwyneb a Diraddiad Gwresogydd Canlyniadol
Mewn gwasanaeth cylchol, mae'r newid cyson o straen cywasgol i straen tynnol rhwng yr wyneb-neu o straen cywasgedig i ddadbondio yn achosi difrod cynyddol i'r rhyngwyneb MgO gwain. Ar gyfer gwain wal 1.0 mm sy'n gweithredu rhwng 20 gradd a 400 gradd, mae'r rhyngwyneb yn profi tua 300 gradd o swing tymheredd. Mae pob cylch yn symud o gywasgiad uchel ar dymheredd ystafell trwy ddim straen ar 280 gradd i densiwn ar 400 gradd. Gall y gwrthdroad straen cylchol hwn achosi traul ar y rhyngwyneb, gan gynhyrchu powdr MgO sy'n lleihau cyswllt thermol ymhellach. Ar ôl 1,000 o gylchoedd, gall ymwrthedd thermol ar y rhyngwyneb gynyddu 20-40%, sy'n gofyn am dymheredd gwifren uwch i gynnal yr un allbwn gwres. Ar gyfer gwain wal 2.0 mm sy'n gweithredu dros yr un ystod tymheredd, mae'r rhyngwyneb yn parhau i fod mewn cywasgiad ar bob tymheredd. Mae'r straen yn amrywio o gywasgiad 60 MPa ar dymheredd ystafell i gywasgiad o tua 10 MPa ar 400 gradd -pwysau cyswllt positif bob amser. Nid oes unrhyw boendod na ffurfio bylchau. Mae profion arbrofol o 316 o wresogyddion gwain sy'n destun 5,000 o gylchoedd o 20 gradd i 400 gradd yn dangos bod gwain wal 1.0 mm yn dangos cynnydd o 35% mewn ymwrthedd thermol a gostyngiad o 15% mewn ymwrthedd inswleiddio. Mae'r un prawf ar wain wal 2.0 mm yn dangos newid o lai na 5% yn y naill baramedr neu'r llall.
Trwch Wal a Argymhellir ar gyfer Cymwysiadau Tymheredd Uchel-Beicio Uchel-
Mae'r tabl canlynol yn darparu 316 o drwch wal gwain a argymhellir yn seiliedig ar y tymheredd gweithredu uchaf a nifer disgwyliedig y cylchoedd thermol. Mae gwerthoedd yn rhagdybio proses gyfnewid safonol heb bost({2}}anelio swage a bywyd gwasanaeth targed heb ddiraddio perfformiad thermol sylweddol.
| Tymheredd Gwain Uchaf | Cylchoedd Thermol Disgwyliedig Dros Oes Gwasanaeth | Isafswm a Argymhellir 316 Wal Trwch | Cyflwr Rhyngwynebol ar y Tymheredd Uchaf | Cynnydd Disgwyliedig Ymwrthedd Thermol Ar ôl Beicio |
|---|---|---|---|---|
| Hyd at 250 gradd | Unrhyw rif | 0.8 – 1.0 mm | Yn parhau i fod yn gywasgol | Llai na 5% |
| 250 - 300 gradd | Llai na 1,000 | 1.0 – 1.2 mm | Bron yn sero neu ychydig yn tynnol | 5 – 10% |
| 250 - 300 gradd | 1,000 – 5,000 | 1.2 - 1.5 mm | Yn parhau i fod yn gywasgol gydag ymyl | Llai na 5% |
| 300-350 gradd | Llai na 500 | 1.2 - 1.4 mm | Ychydig yn tynnol yn ystod oriau brig | 10 – 15% |
| 300-350 gradd | 500 – 2,000 | 1.5 - 1.8 mm | Yn parhau i fod yn gywasgol | Llai na 5% |
| 350 - 400 gradd | Llai na 500 | 1.6 - 2.0 mm | Ychydig yn tynnol yn ystod oriau brig | 10 – 20% |
| 350 - 400 gradd | 500 – 2,000 | 2.0 – 2.5 mm | Yn parhau i fod yn gywasgol | Llai na 5% |
| Uwchlaw 400 gradd | Unrhyw rif | Heb ei argymell gyda MgO | Ffurfio bylchau yn debygol | Anrhagweladwy |
Ar gyfer cymwysiadau sy'n gofyn am dymheredd uchaf uchel a chyfrifiadau cylch uchel-fel offer sterileiddio neu ffyrnau beicio thermol-mae pennu gwain 2.0mm neu drwchus o 316 yn cael ei argymell yn gryf. Rhaid derbyn cosb thermol y wal drwchus, a drafodwyd mewn erthyglau blaenorol, fel cost cyfanrwydd rhyngwynebol hirdymor. Fel arall, gall peirianwyr nodi cam anelio post sy'n lleihau straen gweddilliol ond sydd hefyd yn lleihau'r cywasgiad rhyngwyneb cychwynnol. Mae gwain 1.6mm wedi'i hanelio yn ymddwyn yn debyg i wain 1.2 mm heb ei anelio o ran cadw straen rhyngwynebol. Mae'r dewis yn dibynnu a yw'r cais yn blaenoriaethu effeithlonrwydd thermol neu wydnwch cylchol.
Dylunio Strategaethau i Leinhau Straen Rhyngwynebol mewn Gwain Waliog Tenau
Pan fo cais angen gwain â wal denau o dan 1.2 mm am resymau ymateb thermol ond sydd hefyd yn cynnwys beicio thermol i dymheredd uchel, gall tair strategaeth ddylunio liniaru dadbondio rhyngwynebol. Y cyntaf yw rhoi haen denau o saim neu bast dargludedd thermol uchel ar y rhyngwyneb MgO wain yn ystod y cydosod. Mae deunyddiau fel boron nitride-greases silicon wedi'u llenwi yn cynnal cydymffurfiaeth ar draws cylchoedd tymheredd ac yn llenwi unrhyw fylchau sy'n ffurfio, gan gadw cyswllt thermol. Yr ail strategaeth yw gweithredu'r gwresogydd gyda thymheredd wrth gefn isaf yn hytrach na chaniatáu oeri llawn i'r amgylchedd rhwng cylchoedd. Os yw'r gwresogydd yn cylchdroi rhwng 150 gradd a 400 gradd yn hytrach nag 20 gradd i 400 gradd, mae'r amrywiad straen rhyngwynebol yn cael ei leihau tua 50%. Y drydedd strategaeth yw nodi gwain diamedr allanol llai ar gyfer yr un trwch wal. Mae gan wain OD 6 mm gyda wal 1.0 mm anystwythder rheiddiol uwch na gwain OD 10 mm gyda'r un wal 1.0 mm, oherwydd mae graddfeydd anystwythder â diamedr i'r pedwerydd pŵer. Trwy leihau'r diamedr, gall y dylunydd gyflawni buddion ymateb thermol wal denau tra'n cynnal cyswllt rhyngwyneb i dymheredd uwch. Dylai peirianwyr ofyn am ddadansoddiad straen rhyngwynebol gan weithgynhyrchwyr gwresogyddion wrth nodi waliau tenau ar gyfer gwasanaeth cylchol tymheredd uchel. Mae'r dadansoddiad yn gofyn am wybodaeth am y gymhareb lleihau swaging, dwysedd cywasgu MgO, a phroffil tymheredd disgwyliedig. Mae gwneuthurwr na all ddarparu'r dadansoddiad hwn yn annhebygol o gynhyrchu gwresogydd dibynadwy ar gyfer ceisiadau cylchol heriol.
