Medžiagų mokslas – apvalkalo suderinimas su procesu

Svarbiausios specifikacijos renkantis kasetinį šildytuvą dažniausiai yra skersmuo, ilgis, įtampa ir galia. Tačiau sudėtingomis pramoninėmis sąlygomis išorinio apvalkalo medžiaga dažnai nusprendžia, ar šildytuvą galima išimti ir vėl naudoti, ar jis tampa nuolatine, brangia formos dalimi. Kai dėl didelio vatų tankio ar prasto šilumos nuskleidimo apvalkalo paviršiaus temperatūra pakyla virš 400 laipsnių arba 500–800 laipsnių, apvalkalo metalurgija iš antrinės detalės pasikeičia į pirminį inžinerinį sprendimą, kuris turi tiesioginės įtakos jo tarnavimo trukmei, lengvam priežiūrai ir proceso patikimumui.

Nerūdijantis plienas 304 yra geriausia apvalkalo medžiaga standartiniam naudojimui, kuri veikia esant maždaug 400 laipsnių temperatūrai, įprasta plastikinėms įpurškimo formoms, pakavimo mašinoms, sandarinimo strypams ir bendram plokščių šildymui. 304 tipas yra labai ekonomiškas-, turi gerą bendrą atsparumą korozijai švarioje, sausoje aplinkoje ir yra pakankamai tvirtas, kad atlaikytų vidutinę temperatūrą. Jame esantis 18–20 % chromo kiekis sukuria pasyvų chromo oksido sluoksnį, kuris apsaugo nuo oksidacijos ir nestiprios cheminės atakos dėl plastiko garų ar oro drėgmės. Naudojant tinkamus leistinus nuokrypius (0,05–0,10 mm tarpas) ir mažą vatų tankį (5–10 W/cm²), 304 apvalkalai gali tarnauti 18–36 mėn. nepertraukiamo naudojimo sistemose, kurios yra gerai prižiūrimos.


Tačiau kai formos ar proceso temperatūra viršija 400 laipsnių arba kai naudojamas didelis terminis ciklas, vibracija, agresyvus inžinerinių dervų išsiskyrimas arba aukšta apvalkalo temperatūra dėl didelio vatų tankio, nerūdijantis plienas 304 greitai parodo savo ribas . 304 tampa daug minkštesnis virš 650–200 laipsnių stiprumo kambario-temperatūros vertės), greitai pleiskanoja ir susidaro stori, trapūs oksido sluoksniai, kurie nutrūksta aušinimo ciklų metu. Dėl tokio mastelio paviršius tampa šiurkštesnis ir padidėja trintis į pelėsių sienelę, o tai gali sukelti spuogų susidarymą ir padaryti šildytuvą sunku arba neįmanoma ištraukti nepažeidžiant tikslios ertmės gręžiant arba naudojant EDM. Vietose, kur daiktai labai dreba, pvz., greitaeigiai presai, ultragarsinis suvirinimas ar pakavimo linijos, pasikartojantis skilimas ir oksido kaupimasis pagreitina nuovargio įtrūkimus ir per pusę sutrumpina detalės tarnavimo laiką.

Esant tokioms atšiauresnėms sąlygoms, būtina pereiti prie didesnio{0}}nikelio lydinių, pvz., Incoloy 800, Incoloy 825 arba Stainless Steel 310S. „Incoloy 800“ yra nikelio-geležies-chromo lydinys, kuriame yra 30–35 % nikelio. Jis pasižymi dideliu stiprumu aukštoje temperatūroje ir sukuria stabilias, tvirtai prilipusias chromo{11}}aliuminio oksido apnašas, kurios nenuskilinėja net po tūkstančių įkaitinimo ciklų iki 1100 laipsnių. Kadangi jis geriau atsparus karbonizacijai, nitridacijai ir vidinei oksidacijai dėl plastiko skilimo produktų, jis puikiai tinka karštiems{14}}bėgimo kolektoriams, aukštos{15}}temperatūros štampams arba ekstruzijos darbams. Į „Incoloy 825“ pridėta molibdeno ir vario, todėl mažesnė tikimybė, kad jis korozijos{18}}daug chlorido arba silpnai rūgštus. Nerūdijantis plienas 310S (25 % chromo, 20 % nikelio) puikiai atsparus oksidacijai grynai oksiduojančioje aplinkoje iki 1150 laipsnių. Jis dažniausiai naudojamas, kai kaina yra problema, tačiau temperatūros stabilumas yra labai svarbus.

Apvalkalo medžiaga taip pat turi didelę įtaką tam, kaip gerai veikia ir kaip gerai paruošiamos skylės. Apdirbant šlifavimo angas, nešvarumus ar apvalias angas yra didesnė tikimybė, kad ant minkštesnių metalų, pvz., 304, paliks žymių. Dėl šių balų susidaro įtempiai, kurie gali sukelti išilginius įtrūkimus arba lūžimus, kai temperatūra pakyla arba slėgis objekto viduje. Incoloy 800 yra maždaug 50% stipresnis nei 304 esant 600 laipsnių kampui, todėl jis yra kietesnis ir atsparesnis deformacijai ir dilimui. Tai reiškia, kad galima naudoti siauresnius tarpus (0,02–0,05 mm), nerizikuojant surišti ar sutraiškyti montuojant ar eksploatuojant. Šis tvirtesnis prigludimas sumažina temperatūrų skirtumą tarp apvalkalo ir formos, sumažina temperatūrą laidų viduje ir pailgina šildytuvo tarnavimo laiką.

Specializuotose patalpose, pvz., švariose patalpose, puslaidininkių gamyboje, medicininiame liejime, maisto ir vaistų perdirbime arba ypač -aukšto-grynumo srityse, taikomi didesni apvalkalo reikalavimai. Kasetinis šildytuvas neturi reaguoti su chemikalais, nesudaryti dalelių ar leisti išbėgti dujoms. Kad dalelės neįstrigtų ir būtų lengviau valyti, dažniausiai prašoma, kad apvalkalai būtų elektropoliruoti arba padengti veidrodiniu paviršiumi (Ra<0.4 μm). 316L stainless steel (low-carbon for better weldability and corrosion resistance) or Incoloy 800 with high-purity surface treatment are common for these situations. In very acidic, etchant, solvent, or high-purity gas conditions, titanium grade 2, Hastelloy C-276, or fluoropolymer-sheathed designs may be needed to keep things from getting dirty or corroding.

Galiausiai apvalkalo metalurgijos derinimas su procesu reiškia visos veiklos aplinkos pažinimą, o ne tik temperatūrą, kurioje ji veikia. Svarbūs elementai yra: - Aukščiausia temperatūra, kurią numatoma pasiekti apvalkalo paviršiuje (paprastai 100–300 laipsnių aukštesnė už pelėsio temperatūrą). - Koroziniai garai, chloridai, halogenai arba dervos, kurios išskiria dujas. - Kaip dažnai ir kaip blogai vyksta šilumos ciklas ir vibracija, apdailos medžiaga, apdaila skylės paviršius. - Švara, užterštumas arba FDA arba USP VI klasės taisyklės.

Kad ir kaip tiksliai nurodytumėte įtampą, galingumą ir tinkamumą, kasetinis šildytuvas su netinkamu apvalkalu gali užstrigti, įtrūkti, užteršti gaminį arba per anksti sugesti. Kita vertus, renkantis tinkamą lydinį-304 normaliam naudojimui, o Incoloy 800/825 aukštai temperatūrai ar atšiaurioms sąlygoms-užtikrina, kad šildytuvas visą gyvenimą išliks nuimamas, patikimas ir be teršalų. Didelės-vertės gamyboje, kai prastovos yra brangios, o dalių kokybė yra labai svarbi, leidžiant pinigus tinkamam apvalkalo metalurgijai apsaugomas ir šildytuvas, ir gaminamų dalių kokybė. Tai galimą silpną grandį paverčia ilgalaikiu turtu.