Materialanforderungen für elektrische Steckverbinder in der Öl- und Gasindustrie!

Elektrische Steckverbinder in der Öl- und Gasindustrie müssen hohen Drücken, hohen Temperaturen, korrosiven Umgebungen, starken Vibrationen und gelegentlichen Stoßbelastungen standhalten, da die Materialien ein Schlüsselfaktor sind, um sicherzustellen, dass die entwickelten Steckverbinder in rauen Umgebungen äußerst zuverlässig sind. Die Funktion eines elektrischen Steckverbinders besteht einfach darin, zuverlässig Strom oder Signale von einem Bauteil zu einem anderen zu übertragen, unabhängig davon, ob die Umgebung gutartig oder rau ist. Angesichts der hohen Drücke und Temperaturen, die bei Öl- und Gasbohrungen im Bohrloch herrschen, müssen elektrische Steckverbinder bei Temperaturen von +175°C bis +225°C und sogar bis zu 250°C arbeiten und können außerdem einem Druck von über 20.000 psi ausgesetzt sein.

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Und in Instrumentengehäusen, die sich Tausende von Metern unter der Erde oder unter dem Meeresboden befinden, sind fehlerhafte elektrische Anschlüsse nicht leicht zugänglich oder austauschbar. Dazu muss das gesamte Gerät aus dem Bohrloch entfernt werden, was viel Zeit in Anspruch nimmt und leicht Zehntausende von Dollar pro Stunde kosten kann, und wenn die Kosten eines Fehlers bei ein paar Dollar pro Sekunde liegen, ist ein Fehler nicht wünschenswert. Die Qualität der Kontakte in einem elektrischen Steckverbinder ist sehr wichtig. Um den Widerstand der Kontaktschnittstelle niedrig und stabil zu halten, muss der Kontakt eine ausreichende Kraft zwischen den beiden Hälften der Schnittstelle bieten. (Die erforderliche Mindestkraft hängt von der Beschichtung der Kontaktfläche ab.) Um Ausfälle zu vermeiden, müssen elektrische Steckverbinder diese Kontaktkraft während der gesamten Lebensdauer der Verbindung aufrechterhalten. Die Kontakte eines elektrischen Steckverbinders müssen elektrisch leitfähig sein, um eine große Strommenge zu leiten und den Temperaturanstieg durch Widerstandserwärmung zu minimieren. Eine gute Wärmeleitfähigkeit trägt dazu bei, die durch den Widerstand erzeugte überschüssige Wärme abzuführen, die andernfalls die thermische Belastung erhöhen würde, der der Steckverbinder je nach Umgebung ausgesetzt ist. Eine weitere wichtige Materialeigenschaft von elektrischen Steckverbindern für die Öl- und Gasindustrie ist die Elastizität, d. h. das Verhältnis von Festigkeit zu Steifigkeit. Materialien mit hoher Elastizität können großen Dehnungen und Verformungen standhalten, ohne sich dauerhaft zu verformen oder den Kontakt zu verlieren. Der Elastizitätsmodul, der sich aus der halben Streckgrenze multipliziert mit dem Elastizitätsverhältnis ergibt, ist ein Maß dafür, wie viel Energie ein Bauteil aufnehmen kann, bevor es sich dauerhaft verformt, und er ist analog zur Bruchzähigkeit, die ein Maß dafür ist, wie viel Energie ein Bauteil aufnehmen kann, bevor es bricht. Da sich die Bauteile in einer Bohrsäule ständig drehen, wird der gesamte Spannungszustand bei jeder Drehung einer vollständigen Spannungsumkehr unterzogen. Diese zyklische Belastung fördert Ermüdungsversagen, da sich kleine Defekte zu Rissen entwickeln, die sich mit jedem Zyklus leicht ausdehnen und schließlich zu einem plötzlichen, katastrophalen Versagen führen. Es ist von entscheidender Bedeutung, Materialien zu verwenden, die der erforderlichen Anzahl von Zyklen bei einem bestimmten Spannungsniveau standhalten können, was durch die Ermüdungsfestigkeit des Materials bestimmt wird. Normalerweise nimmt die Festigkeit (Biege-, Zug- und Dauerfestigkeit) eines elektrischen Steckverbinders mit steigender Temperatur ab. Wenn die Festigkeit geringer ist als die Belastung, der das Teil ausgesetzt ist, kann das Teil dauerhaft verformt werden, auch wenn eine bestimmte Belastung bei Raumtemperatur absolut in Ordnung ist. Elektrische Steckverbinderteile, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind, neigen zur Spannungsrelaxation, bei der sich die elastische Dehnung im Laufe der Zeit langsam in eine plastische Dehnung umwandelt, was einer verzögerten bleibenden Verformung entspricht. Da die Gesamtspannung im Steckverbinder aufgrund der Relaxation abnimmt, verringert sich auch die Kontaktkraft, was zu unterbrochenen Signalen oder sogar Unterbrechungen an der Kontaktschnittstelle führen kann. Die Korrosionsbeständigkeit der bei der Konstruktion von elektrischen Steckverbindern in der Öl- und Gasindustrie verwendeten Werkstoffe ist weniger wichtig, da sie sich in der Regel in abgedichteten Kammern befinden, die frei von korrosiven Schwefelwasserstoffgasen oder Chlorsalzen und weit entfernt von korrosiven Bohrflüssigkeiten sind. Wenn jedoch die Dichtung beschädigt wird, ist es ein Wettlauf mit der Zeit, das Werkzeug aus dem Loch zu bekommen, bevor die Elektronik dauerhaft beschädigt wird, und die Korrosionsbeständigkeit des Materials der elektrischen Steckverbinder trägt dazu bei, die Lebensdauer der Komponente zu verlängern. Darüber hinaus haben hochfeste Werkstoffe für elektrische Steckverbinder in der Regel eine geringere elektrische Leitfähigkeit, während leitfähigere Werkstoffe in der Regel eine geringere Festigkeit aufweisen, zähere Werkstoffe sind schwieriger zu verarbeiten, und stärkere Werkstoffe können bei hohen Temperaturen auch eine stärkere Leistungsverschlechterung aufweisen, aber eine verbesserte Beständigkeit gegen Spannungsrelaxation gleicht dieses Risiko teilweise aus.

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