Ko grelnik PFA odpove zaradi pokanja, je za korektivne ukrepe bistvenega pomena prepoznavanje osnovnega vzroka-toplotne utrujenosti ali razpok zaradi okoljske napetosti (ESC)-. Z uporabo stereo mikroskopa (20–50×) ali vrstičnega elektronskega mikroskopa (SEM, 500–5000×) se pojavijo izrazite morfološke razlike. Razpoke zaradi toplotne utrujenosti so ravne, vzporedne in enakomerno razporejene (1–5 mm narazen) ter potekajo po obodu okoli grelnika. Imajo tope konice in kažejo brazde (znamke na plaži) zaradi progresivne rasti. ESC razpoke so nepravilne, razvejane (kot drevesne korenine) in naključno usmerjene. Izvirajo iz površinskih napak ali prask in imajo ostre konice brez brazd. ESC razpoke kažejo tudi površinske razpoke (mikro-vlakna, ki premostijo razpoko) pod veliko povečavo. Okolica PFA v primerih ESC je lahko zaradi kemičnega napada otekla ali spremenjena. Razpoke zaradi toplotne utrujenosti se pojavijo v najbolj vročem območju (v bližini črte tekočine ali zgornjega dela); ESC razpoke nastanejo povsod v stiku z agresivnimi kemikalijami. Mikroskop jih zanesljivo loči.
Vizualne značilnosti pri 20–50× povečavi
| Funkcija | Razpoke zaradi toplotne utrujenosti | Razpoke zaradi napetosti v okolju (ESC) |
|---|---|---|
| Usmerjenost razpoke | Obodno (okrog grelne osi) | Naključno, razvejano, vijugasto |
| Razmik med razpokami | Običajni (1–5 mm narazen) | Nepravilen, brez vzorca |
| Krek pot | Ravna,-nerazvejana | Razvejanje (drevesno-), koren-podobno |
| Razpokani robovi | Gladka, topa | Ostro, nazobčano |
| Površinska tekstura blizu razpoke | Gladka, lahko ima oksidacijsko barvo (rumena/rjava) | Razpoke (fina vlakna), lahko vsebujejo kemične ostanke |
| Izhodiščna točka | Visok{0}}območje napetosti (upogib, zvar, vmesnik) | Površinska praska, okvara ali kemično prizadeto mesto |
| Spremljevalna škoda | Sprememba barve zaradi vročine (rumena do rjava) | Oteklina, mehčanje, kemična usedlina |
Mikroskopske slike (opis)
Pri 50-kratni povečavi je razpoka zaradi toplotne utrujenosti videti kot čista črta, ki poteka pravokotno na grelno os (obodno). Robovi so rahlo zaobljeni (zaradi toplotnega mehčanja). Vidnih je več vzporednih razpok, enakomerno razporejenih. Material med razpokami je nedotaknjen.
Pri 50× se razpoka ESC prikaže kot nazobčan, razvejan vzorec. Fine mikrofibrile (debeline 0,5–2 µm) prekrivajo odprtino razpoke (razpoke). Konica razpoke je ostra. Manjše pomožne razpoke se odcepijo pod kotom 30–60 stopinj. Zaradi kemičnega napada je lahko površina bela ali meglena.
Pri 500× (SEM) toplotna utrujenost kaže brazde (znamke) na površini razpoke, kar kaže na progresivno rast. ESC prikazuje fibrilirano površino zloma z vlečenimi polimernimi filamenti in brez brazd.
Protokol-za-razločevanjem po korakih
Očistite okvarjeni grelni delz izopropanolom, da odstranite ohlapne ostanke. Ne drgnite; nežno sperite.
Preglejte s prostim očesom: Razpoke zaradi toplotne utrujenosti so pogosto vidne kot obroči. ESC razpoke niso vidne brez povečave.
Uporabite stereo mikroskop pri 20–30×. Poiščite orientacijo (obodna=toplotna utrujenost; naključno=ESC).
Preverite, ali je nor: Pri 50×, če drobna vlakna prečkajo razpoko, je to ESC. Če je gladka, gre za toplotno utrujenost.
Preverite izvor: sledite razpoki do njenega začetka. Če je na zvaru, prirobnici ali hladnem koncu, sumite na toplotno utrujenost. Če pride do praske ali kemične usedline, sumite na ESC.
Preverite okolico: Razbarvanje (rjava/rumena)=toplotna utrujenost. Nabrekanje ali mehčanje=ESC.
Pogoste pasti pri diagnozi
| Opazovanje | Nepravilna diagnoza | Pravilna diagnoza | zakaj |
|---|---|---|---|
| Obodna razpoka v bližini prirobnice | ESC | Toplotna utrujenost | Prirobnica je koncentracija napetosti za toplotno kroženje |
| Razvejana razpoka na površinski praski | Toplotna utrujenost | ESC | Praska je koncentrator stresa za kemični napad |
| Razpoka z rumenim obarvanjem | ESC | Toplotna utrujenost | Porumenelost je posledica vročine, ne kemikalije |
| Razpoka z belim nanosom | Toplotna utrujenost | ESC | Obloga je kemični ostanek (sol, kislina) |
| Več vzporednih razpok | ESC | Toplotna utrujenost | Vzporedna=poškodba termičnega cikla |
Praktični primer
Grelnik PFA je odpovedal po 6 mesecih v rezervoarju z 20 % HCl pri 80 stopinjah. Mikroskopija (40 ×) je pokazala razvejane razpoke, ki izvirajo iz površinske praske, z razpokami in brez razbarvanja. Diagnoza: ESC zaradi kisline na praski. Rešitev: preprečite praske med namestitvijo; gladka površinska obdelava.
Drugi grelnik je odpovedal v rezervoarju za vročo vodo (95 stopinj) po 2 letih. Razpoke so bile obodne, vzporedne, enakomerno razporejene, z rumeno-rjavim vročim odtenkom. Diagnoza: Toplotna utrujenost. Rešitev: Zmanjšajte temperaturo ali vatno gostoto ali uporabite ne-enotno navijanje.
Zaključek: mikroskopija jasno razlikuje vrste razpok
Z uporabo stereo mikroskopa pri 20–50-kratni povečavi se razpoke zaradi toplotne utrujenosti razlikujejo od razpok zaradi napetosti v okolju po orientaciji (obodne ali naključne), razmiku (pravilne ali nepravilne), razvejanosti (odsotne ali prisotne) in prisotnosti razpok (ni v primerjavi z mikroskopskimi vlakni). Razpoke zaradi toplotnega utrujanja so-povezane s toploto in se pojavijo pri ciklični-delovanju pod visoko-obremenitvijo; ESC razpoke so -povezane s kemikalijami in zahtevajo površinski koncentrator napetosti. Pravilna diagnoza omogoča ciljno usmerjeno korektivno ukrepanje: zmanjšanje toplotnega cikla za utrujenost; odpraviti kemično izpostavljenost ali stres za ESC. Dve razpoki, dva vzroka, dve zdravili. Poglejte skozi lečo, poglejte vzorec, odpravite težavo. Mikroskop ne laže. Uporabite ga.
