Khi bộ sưởi PFA bị hỏng do nứt, việc xác định nguyên nhân cốt lõi-do mỏi nhiệt hoặc nứt do ứng suất môi trường (ESC)- là điều cần thiết để có hành động khắc phục. Sử dụng kính hiển vi soi nổi (20–50×) hoặc kính hiển vi điện tử quét (SEM, 500–5.000×), sẽ xuất hiện sự khác biệt rõ rệt về hình thái. Các vết nứt do mỏi nhiệt thẳng, song song và cách đều nhau (cách nhau 1–5 mm), chạy theo chu vi xung quanh bộ gia nhiệt. Chúng có đầu cùn và có các đường sọc (dấu vết) do quá trình phát triển dần dần. Các vết nứt ESC không đều, phân nhánh (như rễ cây) và định hướng ngẫu nhiên. Chúng bắt nguồn từ các khuyết tật hoặc vết trầy xước trên bề mặt và có đầu nhọn không có sọc. Các vết nứt ESC cũng cho thấy vết rạn trên bề mặt (các sợi nhỏ-bắc nối vết nứt) dưới độ phóng đại cao. PFA xung quanh trong trường hợp ESC có thể bị sưng hoặc đổi màu do bị tấn công bằng hóa chất. Các vết nứt do mỏi nhiệt xảy ra ở vùng nóng nhất (gần đường chất lỏng hoặc phần trên); Vết nứt ESC xảy ra ở bất cứ nơi nào tiếp xúc với hóa chất mạnh. Kính hiển vi phân biệt chúng một cách đáng tin cậy.
Đặc điểm hình ảnh ở độ phóng đại 20–50×
| Tính năng | Vết nứt do mỏi nhiệt | Cracking căng thẳng môi trường (ESC) |
|---|---|---|
| Hướng vết nứt | Chu vi (xung quanh trục lò sưởi) | Ngẫu nhiên, phân nhánh, uốn khúc |
| Khoảng cách vết nứt | Đều đặn (cách nhau 1–5 mm) | Không đều, không có hoa văn |
| Đường nứt | Thẳng, không{0}}phân nhánh | Phân nhánh (giống-cây), giống gốc- |
| Vết nứt cạnh | Mượt mà, cùn | Sắc nét, lởm chởm |
| Kết cấu bề mặt gần vết nứt | Mịn, có thể có màu oxy hóa (vàng/nâu) | Vết rạn (sợi mịn), có thể có dư lượng hóa chất |
| Điểm gốc | Vùng ứng suất-cao (uốn cong, hàn, giao diện) | Vết xước bề mặt, khuyết tật hoặc điểm bị tấn công hóa học |
| Thiệt hại kèm theo | Sự đổi màu do nhiệt (vàng sang nâu) | Sưng, mềm, lắng đọng hóa chất |
Hình ảnh kính hiển vi (Mô tả)
Ở độ phóng đại 50 lần, vết nứt do mỏi nhiệt xuất hiện dưới dạng một đường thẳng chạy vuông góc với trục bộ gia nhiệt (chu vi). Các cạnh hơi tròn (do làm mềm bằng nhiệt). Có thể nhìn thấy nhiều vết nứt song song, cách đều nhau. Vật liệu giữa các vết nứt còn nguyên vẹn.
Ở mức 50×, vết nứt ESC xuất hiện dưới dạng hình răng cưa, phân nhánh. Các sợi nhỏ mịn (dày 0,5–2 µm) trải dài trên vết nứt (crazing). Đầu vết nứt rất sắc nét. Các vết nứt phụ nhỏ hơn phân nhánh ở góc 30–60 độ. Bề mặt có thể có màu trắng hoặc mờ do bị tấn công hóa học.
Ở mức 500× (SEM), độ mỏi nhiệt cho thấy các đường sọc (dấu vết) trên bề mặt vết nứt, cho thấy sự phát triển dần dần. ESC cho thấy bề mặt gãy dạng sợi với các sợi polyme kéo dài và không có đường vân.
Giao thức phân biệt từng bước-từng bước{1}}
Làm sạch phần lò sưởi bị hỏngbằng isopropanol để loại bỏ các mảnh vụn rời. Đừng chà xát; rửa nhẹ nhàng.
Kiểm tra bằng mắt thường: Các vết nứt do mỏi nhiệt thường được nhìn thấy dưới dạng các vòng. Các vết nứt ESC không thể nhìn thấy được nếu không phóng đại.
Sử dụng kính hiển vi soi nổi ở 20–30×. Tìm hướng (độ mỏi nhiệt=theo chu vi;=ESC ngẫu nhiên).
Kiểm tra sự điên cuồng: Ở mức 50×, nếu các sợi nhỏ trải dài trên vết nứt thì đó là ESC. Nếu mịn thì đó là mỏi nhiệt.
Kiểm tra nguồn gốc: Theo dõi vết nứt từ lúc bắt đầu. Nếu ở mối hàn, mặt bích hoặc đầu nguội, nghi ngờ có hiện tượng mỏi nhiệt. Nếu có vết xước hoặc cặn hóa chất, hãy nghi ngờ ESC.
Kiểm tra khu vực xung quanh: Sự đổi màu (nâu/vàng)=mỏi do nhiệt. Sưng hoặc mềm=ESC.
Những cạm bẫy thường gặp trong chẩn đoán
| Quan sát | Chẩn đoán sai | Chẩn đoán đúng | Tại sao |
|---|---|---|---|
| Vết nứt chu vi gần mặt bích | THOÁT | Mệt mỏi do nhiệt | Mặt bích là nơi tập trung ứng suất cho chu trình nhiệt |
| Vết nứt phân nhánh ở vết xước bề mặt | Mệt mỏi do nhiệt | THOÁT | Scratch là nơi tập trung căng thẳng cho cuộc tấn công hóa học |
| Vết nứt có màu vàng | THOÁT | Mệt mỏi do nhiệt | Màu vàng là do nhiệt, không phải do hóa chất |
| Vết nứt có cặn trắng | Mệt mỏi do nhiệt | THOÁT | Cặn là cặn hóa chất (muối, axit) |
| Nhiều vết nứt song song | THOÁT | Mệt mỏi do nhiệt | Hư hỏng chu trình nhiệt song song = |
Ví dụ thực tế
Máy sưởi PFA bị hỏng sau 6 tháng trong bể chứa 20% HCl ở nhiệt độ 80 độ. Kính hiển vi (40×) cho thấy các vết nứt phân nhánh bắt nguồn từ vết xước trên bề mặt, có vết nứt và không bị đổi màu. Chẩn đoán: ESC do bị axit tấn công ở vết xước. Giải pháp: Tránh trầy xước trong quá trình lắp đặt; bề mặt hoàn thiện mịn.
Một máy sưởi khác bị hỏng ở bình nước nóng (95 độ) sau 2 năm. Các vết nứt có chu vi, song song, cách đều nhau, có màu vàng-nâu. Chẩn đoán: Mệt mỏi do nhiệt. Giải pháp: Giảm nhiệt độ hoặc mật độ watt hoặc sử dụng-cuộn dây không đồng nhất.
Kết luận: Kính hiển vi phân biệt rõ ràng các loại vết nứt
Sử dụng kính hiển vi soi nổi ở độ phóng đại 20–50 ×, các vết nứt mỏi do nhiệt được phân biệt với vết nứt do ứng suất môi trường bằng cách định hướng (chu vi so với ngẫu nhiên), khoảng cách (thường xuyên so với không đều), phân nhánh (không có so với hiện tại) và sự hiện diện của vết nứt (không có sợi nhỏ so với vi mô). Các vết nứt mỏi do nhiệt có liên quan đến nhiệt-và xảy ra trong quá trình làm việc theo chu kỳ ứng suất-cao; Các vết nứt ESC có liên quan đến hóa học-và cần có thiết bị tập trung ứng suất bề mặt. Chẩn đoán chính xác cho phép hành động khắc phục có mục tiêu: giảm chu kỳ nhiệt do mệt mỏi; loại bỏ tiếp xúc với hóa chất hoặc căng thẳng cho ESC. Hai vết nứt, hai nguyên nhân, hai cách chữa trị. Nhìn qua ống kính, xem hình mẫu, khắc phục sự cố. Kính hiển vi không nói dối. Sử dụng nó.
