Koks yra pakartotinio ultragarsinio valymo poveikis PFA šildytuvo paviršiaus kietumui per 1 metus?

Kavitacijos burbuliukai sukuriami ultragarsu valant 20 kHz dažniu, kas įprasta pramoniniams rezervuarams. Šie burbuliukai plyšta arti PFA paviršiaus. PFA šildytuvo paviršiaus kietumas padidėja 10–20 Shore D vienetų (nuo 65–68 iki 75–85) po metų kasdienio 15 -minučių ciklų (iš viso 91 val.). Šio sukietėjimo priežastys yra vietinis šaltas apdirbimas, mikroįtrūkimai ir kryžminiai{23}}ryšiai dėl pasikartojančių kavitacijos smūgių. Nutrūkus paviršiniam sluoksniui, pailgėjimas sumažėja nuo 300% iki 50–100%, todėl paviršius tampa trapus. Nepaisant to, sukietėjimas apsiriboja išorine 50–150 µm PFA sienele, kurios storis yra 2 mm. Medžiaga vis dar yra elastinga. Jei paviršiuje neatsiranda įtrūkimų, šildytuvas gali atlaikyti kasdienį 15 minučių ultragarsinį valymą ištisus metus. Tačiau dėl šilumos ciklo trapus paviršius gali įtrūkti po dvejų ar trejų metų. Naudokite titano skydą arba apribokite ultragarso poveikį mažiau nei penkioms minutėms per dieną svarbioms paslaugoms atlikti.

Kavitacijos grūdinimo procesas
Kavitacijos burbuliukai suyra esant 20 kHz mikrosekundėms esant 2000–5000 laipsnių temperatūrai ir 100–1000 barų slėgiui. PFA paviršius plastiškai deformuojamas dėl smūgio bangos, todėl susidaro mikro-tuštumos ir išnirimai. Kietumas padidėja dėl polimero grandinių orientacijos ir kryžminio{11}}jungimo arti paviršiaus. Paviršius pirmiausia tampa lygesnis (pašalinamos smailės), bet kai susidaro mikro{13}duobės, jis tampa šiurkštesnis. Nors ši procedūra yra stipresnė, ją galima palyginti su šveitimu. PFA tampa trapūs, priešingai nei metalai, kurie patiria gniuždymo įtampą.

Grūdinimo gylis nustatomas pagal d_hard=0.5 × (dažnis)^(-0,5) × (galia)^0,3. Po 100 valandų d_hard ≈ 80–150 µm esant 20 kHz ir 100 W/L. Tai tik 5-7% storio 2 mm sienai, todėl šildytuvas vis dar yra struktūriškai tvirtas.

Paviršiaus kietumas ir ultragarso ekspozicija (25 laipsnių vanduo, 20 kHz, 100 W/L)
Bendra ekspozicija (valandomis) Kasdienis ciklas (15 minučių kiekvieną dieną) Paviršiaus būklės išplėtimas lūžio metu (paviršiaus sluoksnis) Lygiavertis dienų Paviršiaus kietumas (Šoras D) Kietumo padidėjimas
0 0 0 66 0 blizgus, lygus 300 %
40 dienų 68–70 + 2-4 Šiek tiek matinis 250–280 % 10–15 minučių kiekvieną dieną
Matinės, smulkios duobutės 200–250 % 50 15 min. per dieną 200 dienų 73–78 25 15 min. per dieną 100 dienų 70–74 +4–8+7–12 blankios, matomos duobės 150–200% 75–15 min. per dieną 300 dienų 100–150 % 100–15 min. per dieną 400 dienų 78–85 +12–19 Įtrūkęs paviršius 50–100 % 150–15 min. per dieną 600 dienų 80–88 +14–22 Įtrūkęs, milteliai<50%
25 (50 kHz) 15 minučių per dieną 100 dienų 85–90 + 19–24 Sunkus įdubimas<30% (worse at higher frequencies)
Kavitacija yra kenksmingesnė esant 50 kHz (žr. 13 straipsnį). PFA šildytuvai neturėtų būti naudojami ultragarsiniuose valikliuose, kurių dažnis didesnis nei 40 kHz.

Poveikis šildytuvų veikimui
Paviršiaus sukietėjimas nesugenda iš karto, net ir po metų (91 valandos ekspozicijos). Šildymas vis dar veikia. Bet:

Padidėjęs įsiskverbimo greitis: dėl mikroįtrūkusio paviršiaus sluoksnio yra mažesnis atsparumas cheminiam prasiskverbimui. Po metų ultragarsinio valymo 30% HCl prasiskverbimo greitis 80 laipsnių temperatūroje yra du ar tris kartus didesnis nei neeksponuoto šildytuvo.

Padidėjęs apnašų sukibimas: apnašas ir bioplėveles sulaiko nelygus paviršius, todėl reikia dažniau valyti.

Atsparumas šiluminiam smūgiui mažėja: dėl greito aušinimo trapus paviršius lengviau lūžta.

Vienerius metus kasdieninis 15{1}minučių ciklas yra tinkamas šildytuvui švarioje, mažai cheminėje aplinkoje (laboratorinių stiklinių indų valymas ultragarsu). Įtempių įtrūkimai pagreitėja šildytuve, veikiančiame agresyvią cheminę funkciją, kai derinamas ultragarsinis sukietėjimas ir cheminis poveikis.

Ultragarso paslaugų mažinimas
Jei PFA šildytuvus reikia valyti ultragarsu:

Apribokite ekspoziciją ne ilgiau kaip penkias minutes kiekvieną dieną. Po metų kietumas padidėjo 4–8 vienetais, o tai priimtina.

Naudokite skydą: kavitacijos energiją sugeria perforuotas titano arba nerūdijančio plieno skydas, esantis 3–5 milimetrų atstumu nuo PFA. PFA nenešioja skydo.

Sumažinkite ultragarso galią nuo 100 W/L iki 30 W/L, kad gautumėte mažesnį galios tankį. 50– prie 30 W/L pridedama 70 % mažiau kietumo.

Naudokite storesnį PFA, nes 3 mm sienelė suteikia daugiau birių medžiagų ir sulėtina paviršiaus įtrūkimų prasiskverbimą į metalinę šerdį.

Pavyzdys lauke
PFA šildytuvo zondai buvo valomi kiekvieną dieną 30 minučių naudojant 20 kHz ultragarsinį valiklį puslaidininkių laboratorijoje. Šildymo paviršiai po aštuoniolikos mėnesių tapo milteliai ir atšiaurūs. Vienas šildytuvas sugedo dėl skysčio linijos įtrūkimo. Laboratorija vietoje šildytuvų sumontavo titano skydą (1 mm storio, 40 % atviro ploto). Po 24 mėnesių naujų šildytuvų paviršius nesukietėjo. Kas 12 mėnesių skydas buvo keičiamas už 100 USD kainą. 100 USD kaina).

Apibendrinant, po metų kasdienio 15 minučių valymo jis sukietėja 10–20 Shore D.
PFA šildytuvo paviršiaus kietumas padidėja 10–20 Shore D vienetų, nuo 65–68 iki 75–85, po pakartotinio ultragarsinio valymo 20 kHz dažniu (15 minučių per dieną) metus. Tūrinis PFA vis dar yra plastiškas, tačiau sukietėjęs paviršius tampa trapus ir gali atsirasti mikroįtrūkimų. Naudojant švelnias chemines medžiagas, šildytuvas gali veikti metus nesugesdamas, nors nuosėdų sukibimas ir prasiskverbimas pablogėja. Sumažinkite ultragarso galią, pridėkite titano skydą arba apribokite ekspoziciją iki penkių minučių kiekvieną dieną, kad tarnavimo laikas būtų ilgesnis. Žala yra didelė esant 50 kHz; niekada nenaudoti. Be valymo, ultragarsinis valymas daro žalą. Apribokite šildytuvo vonios trukmę arba apsaugokite ją. Paviršius gali sugesti, sukietėti ir įtrūkti. Saugokite jį arba keiskite dažniau. Jūsų sprendimas.