دوچرخه‌سواری حرارتی-آزمایش واقعی بخاری کارتریج 800 درجه
یک بخاری کارتریجی ممکن است برای هفته ها در دمای ثابت 800 درجه بی عیب و نقص عمل کند. اما آزمون واقعی دوام آن این است که چگونه در برابر چرخه حرارتی-فرایند مکرر گرم کردن از دمای اتاق تا حداکثر دمای کارکرد و دوباره به پایین مقاومت می کند. اکثر عناصر گرمایشی با دمای بالا در طول این چرخه انبساط و انقباض از کار می‌افتند.
چرخه حرارتی نقاط ضعف طراحی را آشکار می کند که عملکرد مداوم آن را نشان نمی دهد.
چالش اساسی انبساط حرارتی دیفرانسیل است. غلاف فلزی بیرونی (معمولاً فولاد ضد زنگ Incoloy 800 یا 310S)، عایق اکسید منیزیم فشرده، و سیم مقاومت نیکل داخلی-کروم یا آهن-کروم-آلومینیوم، همگی دارای ضرایب انبساط حرارتی متفاوتی هستند. هنگامی که این مواد به سرعت تا 800 درجه گرم می شوند، این مواد با سرعت های مختلف منبسط می شوند و فشارهای برشی و فشاری در سطح مشترک خود ایجاد می کنند. هنگامی که سرد می شوند، آنها به طور ناهموار منقبض می شوند و فشار بیشتری بر ساختار وارد می کنند.
این "تنفس" مکانیکی بیشتر از گرمای حالت ثابت-مضر است.با گذشت زمان، می تواند باعث ایجاد ترک های ریز در عایق MgO شود و قدرت دی الکتریک و هدایت حرارتی آن را کاهش دهد. می تواند سیم مقاومت سیم پیچ محکم را فرسوده کند، شکلش را تغییر دهد یا به آرامی از مرکز آن "افت" (خزش) کند. در غلاف، تنش چرخه‌ای می‌تواند منجر به ترک خوردگی ناشی از استرس یا شکستگی‌های خستگی شود، به‌ویژه در مناطقی که کشش متمرکز است، مانند سوراخ‌های نصب یا انتقال به انتهای سرد. بخاری کارتریجی که فقط برای کار مداوم طراحی شده است ممکن است در کاربردهایی که نیازمند چرخه‌های خاموش{4} مکرر هستند، مانند پردازش دسته‌ای، قالب‌گیری تزریقی یا کوره‌های ریخته‌گری به سرعت از کار بیفتد.
چگونه لوله‌های گرمایش الکتریکی 800 درجه با عملکرد بالا-در برابر چرخه حرارتی مقاوم هستند؟
پردازش حرارتی پس از مونتاژ برای تثبیت مواد و کاهش استرس بسیار مهم است. روش‌های پیشرفته‌ای مانند نیترید کردن محافظت‌شده در اتمسفر- یا معتدل کردن در دماهای بالا برای مدت طولانی استفاده می‌شود. این شامل نگه داشتن عنصر گرمایش نهایی در یک محیط کنترل شده در دمای بین 800 درجه تا 950 درجه برای چندین ساعت است. این روش دو کار مهم را انجام می دهد: به طور فعال هرگونه کشش مکانیکی باقیمانده از فرآیند چرخش را کاهش می دهد و به فلزات کمک می کند ساختار دانه ای پایدار و تبلور مجدد ایجاد کنند. این پایداری باعث می‌شود که آلیاژ کمتر خزش کند و در اثر گرما شکسته شود-به‌طور مؤثر بخاری کارتریج را برای عمر کاری آن "آموزش" می‌دهد.
تقویت مکانیکی داخلی یکی دیگر از استراتژی های کلیدی است.برای جلوگیری از حرکت سیم پیچ-یک علت رایج خرابی در طول چرخه حرارتی-طراحی های بالا-از ساختارهای پشتیبانی سرامیکی داخلی استفاده کنید. اینها معمولاً مهره‌های آلومینا، بوش‌ها یا جداکننده‌هایی هستند که در طول غلاف قرار می‌گیرند{4}}. آنها به طور فیزیکی سیم مقاومت را در محل خود متمرکز و نگه می دارند و از لرزش، افتادگی یا تماس با دیواره غلاف در طول انبساط و انقباض جلوگیری می کنند.
چگالی وات نیز برای کاربردهای سیکل حرارتی مهم است.برای یک لوله گرمایش الکتریکی تک سر 800 درجه که در معرض چرخش مکرر قرار می گیرد، تراکم وات کمتر-به سمت محدوده 5 تا 7 وات بر سانتی متر مربع- عموماً توصیه می شود. تراکم وات بالاتر گرمای داخلی بیشتری تولید می کند که تنش های ناشی از انبساط و انقباض حرارتی را تشدید می کند.
نکته کلیدی: هنگام انتخاب یک بخاری کارتریج 800 درجه برای برنامه‌ای که شامل چرخه‌های گرمایش و سرمایش مکرر است، واحدی را مشخص کنید که به طور خاص برای کار چرخه‌ای طراحی شده است. به دنبال{2}}عملیات حرارتی پس از مونتاژ، تکیه‌گاه‌های سرامیکی داخلی، و رتبه‌بندی‌های چگالی وات محافظه‌کارانه باشید. این ویژگی ها بخاری را که چرخه حرارتی را تحمل می کند از بخاری که زودتر از موعد از کار می افتد متمایز می کند.
