אי התאמה של התרחבות תרמית - לחץ נסתר על מחמם המחסנית בטמפרטורה רגילה של 50 מעלות
A מחמם מחסנית בטמפרטורה רגילה של 50 מעלותמותקן היטב בגוש פליז בטמפרטורת החדר. המכלול מחומם ל-50 מעלות. שום דבר לא נראה לא בסדר. אבל לאחר כמה מאות מחזורים תרמיים, המחמם מחסניותנתקע, ומנסה להסירו פוגע בתנור החימום. הסיבה היא אי התאמה של התפשטות תרמית - בלוק הפליז מתרחב יותר מנדן הנירוסטה שלמחמם מחסניות, דחיסה קבועה של התנור.
כל חומר מתרחב בחימום. כמות ההתפשטות ניתנת על ידי מקדם ההתפשטות התרמית (CTE). עבור נירוסטה (חומר הנדן האופייני עבור אמחמם מחסניות), ה-CTE הוא בערך 17 × 10⁻⁶/מעלה. עבור פליז, זה בערך 19 × 10⁻⁶/מעלה. עבור אלומיניום, זה בערך 23 × 10⁻⁶/מעלה. כאשר אמחמם מחסנית בטמפרטורה רגילה של 50 מעלותמותקן בחור בחומר גבוה-CTE, המתכת שמסביב מתרחבת יותר מהמחמם עם עליית הטמפרטורה. המרווח שהיה מושלם בטמפרטורת החדר הופך הדוק יותר ב-50 מעלות. רכיבה חוזרת על אופניים עלולה לגרום לחור לדחוס את הנדן, מה שמוביל לעיוות, לקצר פנימי או להתקף.
לעומת זאת, אם המחמם מחסניותמותקן בחומר נמוך-CTE כגון Invar או קרמיקה מסוימת, החור עלול להתרחב פחות מהמחמם, להגדיל את המרווח בטמפרטורה ולהפחית את העברת החום. זה מאלץ אתמחמם מחסנית בטמפרטורה רגילה של 50 מעלותלרוץ חם יותר פנימי כדי לפצות.
אז מה הפתרון? ראשית, חשב את המרווח בטמפרטורת ההפעלה. עבור אמחמם מחסניותבאלומיניום, החור מתרחב בכ-0.002 מילימטרים לכל 10 מעלות לכל 10 מילימטרים של קוטר. ב-50 מעלות (עלייה של 30 מעלות מ-20 מעלות), חור של 10 מ"מ באלומיניום מתרחב בכ-0.007 מילימטרים. זה לא ענק, אבל בשילוב עם סובלנות ייצור, זה יכול להיות משמעותי. עבור אמחמם מחסנית בטמפרטורה רגילה של 50 מעלותבאלומיניום, ציון מרווח קור מעט יותר רופף (0.05-0.08 מילימטר במקום 0.02-0.05) מאפשר התפשטות תרמית ללא התקף.
עבור התקנות בחומרים עם CTE גבוה מאוד (כגון פלסטיק או סגסוגות מסוימות), ייתכן שיהיה צורך בגישה שונה. באמצעות אמחמם מחסניותעם מעטפת נחושת (CTE ~17 × 10⁻⁶ / מעלות - בדומה לנירוסטה) אינו פותר את חוסר ההתאמה. הפתרון הטוב יותר הוא להתקין אתמחמם מחסנית בטמפרטורה רגילה של 50 מעלותבתותב פלדה או נירוסטה שמוכנס לאחר מכן לחומר הגבוה-CTE. התותב מספק ממשק תרמי יציב.
שיקול מעשי נוסף הוא אורך ה-מחמם מחסניות. מחמם ארוך מתרחב יותר לאורכו מאשר קצר. אם שני הקצוות של אמחמם מחסנית בטמפרטורה רגילה של 50 מעלותמהודקים בצורה נוקשה, ההרחבה יכולה לחסום את הנדן. אפשר קצה אחד שלמחמם מחסניותלנוע בחופשיות - למשל, על ידי אי שימוש במברג בשני הקצוות - או להשאיר מרווח צירי קטן בתחתית חור עיוור.
לחומרי בסיס שונים - ברזל יצוק, ברונזה, טיטניום או פולימרים מהונדסים - לכל אחד מהם ערכי CTE ייחודיים. אמחמם מחסניותהמותאם כראוי לחומר של מסגרת המכונה או הלוח ישמור על העברת חום עקבית לאורך אלפי מחזורים. אי התאמה מובילה לשינויי מרווח זוחלים, חימום לא אחיד ובסופו של דבר כשל. סקירת עיצוב תרמי מקצועית מחשבת את התנהגות ההתפשטות המדויקת וממליצה על מרווח קור וחומר נדן אופטימלי עבור כל שילוב ספציפי שלמחמם מחסנית בטמפרטורה רגילה של 50 מעלותוחומר בלוק הרכבה.
