Поломка болта є типовою проблемою надійності нафтохімічного та теплообмінного обладнання з високими-температурами та високим{1}}тиском під час тривалої-експлуатації. Дво-болти, як ключові кріпильні компоненти в ущільнювальних структурах теплообмінників, конденсаторів і посудин під тиском, безпосередньо впливають на загальну стабільність роботи обладнання. Охолоджувач плаваючої головки в системі регенерації нафтопереробного заводу зазнав руйнування болта після 16 років експлуатації. Цей випадок демонструє типові характеристики корозійної втоми та корозійного зв’язку під напругою, забезпечуючи важливе довідкове значення для розуміння механізму руйнування кріплень у вологому H2S середовищі.
Обладнання працювало за таких умов: температура циркулюючої води-з боку кожуха 90–100 градусів, температура кислого газу з боку -труб 30–35 градусів і робочий тиск 0,2 МПа та 0,4 МПа відповідно. Середовище містило певну частку H2S і сольових корозійних середовищ. Специфікація болта була M20×2,5 мм, а матеріалом була загартована та відпущена сталь 35CrMoA. Під сукупним впливом тривалої-перемінної термічної напруги, попереднього натягу та середньої корозії подвійний{16}}болт зрештою зламався в корені різьби.
Макроскопічне спостереження показало, що поверхня зламу розташована в області кореня різьби, з відносно гладкою морфологією та без явної макроскопічної пластичної деформації. Чорні продукти корозії прилипли до поверхні. Після очищення поверхня зламу демонструвала типові характеристики поширення втоми, при цьому тріщина виникала в корені різьби та поширювалася всередину під кутом приблизно 20 градусів. Потім він увійшов у зону швидкого розповсюдження, демонструючи радіальний малюнок, що зрештою призвело до миттєвого руйнування. Ця морфологічна характеристика вказує на те, що процес руйнування двостороннього машинного гвинта включав кілька етапів: корозійна втома, корозійне розтріскування під напругою та миттєве руйнування.
Аналіз хімічного складу показав, що матеріал в цілому відповідає вимогам стандарту 35CrMoA, вказуючи на те, що несправність не була спричинена ненормальним складом. Випробування на твердість показало, що двосторонній болт із затримкою має відносно високу загальну твердість, матрична структура в основному складається із загартованого сорбіту, досягаючи локального рівня 350–360 HV, що вище рекомендованого діапазону для звичайних кріплень. Металографічний аналіз також виявив певний ступінь зневуглецювання на поверхні різьби з шаром зневуглецювання приблизно 31 мкм. Мікроструктура поверхні була переважно феритовою. Цей тип гетерогенної структури легко призводить до локалізованої концентрації напруги під напругою, таким чином викликаючи виникнення тріщин.
Аналіз за допомогою скануючої електронної мікроскопії (SEM) додатково виявив механізм руйнування двостороннього шестигранного болта. В області зародження тріщини спостерігалися очевидні смуги втоми, а продукти корозії заповнювали тріщину під час її поширення. У міру збільшення швидкості поширення тріщини поверхня руйнування поступово переходила від поширення втоми до характеристик розтріскування корозії під напругою, демонструючи типову морфологію квазі-відколу та радіального поширення, що вказує на те, що корозійне середовище бере участь у процесі поширення тріщини. Аналіз енергодисперсійної спектроскопії (EDS) показав, що продукти корозії містили високий рівень сірки та невелику кількість хлориду, що свідчить про значну сульфідну та хлоридну корозію в робочому середовищі
Комплексний аналіз показує, що ця несправність є типовою проблемою корозійної втоми та корозійного розтріскування під напругою сульфіду, спричиненої поєднанням кількох факторів. Механізм його формування проявляється в основному в трьох аспектах.
По-перше, стресові фактори. Шпилька з подвійною різьбою -зазнає високого попереднього навантаження під час збирання, що призводить до значного осьового напруження розтягування в корені різьби. Водночас плаваюча конструкція головки створює додаткове навантаження на вигин. Під час роботи термічна напруга від розширення та звуження, вібраційне навантаження від потоку середовища та циклічне напруження під час-запуску та зупинки утримують гвинтовий болт у стані високих коливань напруги протягом тривалого часу, прискорюючи виникнення та поширення тріщин.
По-друге, відіграють роль матеріальні фактори. Хоча сталь 35CrMoA має високу міцність, вона дуже чутлива до розтріскування,-спричиненого воднем, і сульфідної корозії під впливом високої твердості. Відповідні стандарти показують, що в середовищах, що містять H2S-, стійкість до корозії під напругою високоміцної-сталі значно знижується, якщо твердість перевищує певний діапазон. У цьому випадку подвійний-гвинт має надмірну твердість і демонструє локалізовані дефекти зневуглецювання, що ще більше знижує стійкість до розтріскування поверхні та утворює типову зону зародження тріщин.
По-третє, важливе значення мають екологічні фактори. Середовище містить H2S, вологу та солі, що призводить до складних корозійних реакцій в електрохімічних умовах. Анодний процес генерує Fe2+, який поєднується з іонами сірки, утворюючи продукти корозії FeS. Одночасно атоми водню, що утворюються в результаті катодної реакції, можуть дифундувати в сталь, викликаючи водневу крихкість і утворення пухирів. Під спільною дією напруги та корозії тріщини поступово поширюються в корені подвійної -гвинтової різьби, прискорюючи руйнування.
Крім того, ефект розширення об’єму продуктів корозії ще більше посилює поширення тріщин у гвинтах із подвійною -різьбою. Об’єм продуктів корозії зазвичай у 2-4 рази перевищує початковий об’єм, створюючи додаткову напругу розширення в закритій тріщині. Це призводить до того, що напруга на вершині тріщини постійно зростає, таким чином прискорюючи процес руйнування. Цей механізм позитивного зворотного зв’язку «розповсюдження-напруги-корозії» є ключовою характеристикою цього типу відмови.
Підсумовуючи, цей тип двостороннього гвинта-порушення є, по суті, результатом спільного впливу концентрації структурної напруги, чутливості матеріалу та корозійного середовища. Для подібних умов необхідно внести комплексні вдосконалення, зокрема зменшити чутливість до твердості подвійних -гвинтів M10, оптимізувати процеси термічної обробки, контролювати рівні попереднього натягу та покращити конструкцію ущільнення та захисту від корозії, щоб підвищити довго-надійність конструкції.
Для отримання додаткової інформації про аналіз механізму відмовигвинти з подвійною{0}}головкоюабо індивідуальні рекомендації щодо вибору кріплення, будь ласка, зв’яжіться з нашою технічною командою для інженерної підтримки та рішень, адаптованих до ваших конкретних потреб.
Зв'яжіться з нами
