Cıvata arızası, uzun süreli çalışma sırasında petrokimya ve yüksek-sıcaklık, yüksek-basınçlı ısı değişim ekipmanlarında tipik bir güvenilirlik sorunudur-. Yüzer başlıklı ısı eşanjörlerinin, kondansatörlerin ve basınçlı kapların sızdırmazlık yapılarındaki temel sabitleme bileşenleri olan çift uçlu cıvatalar, ekipmanın genel çalışma stabilitesini doğrudan etkiler. Bir petrol rafinerisinin rejenerasyon sistemindeki yüzer kafalı soğutucuda, 16 yıllık çalışmanın ardından cıvata kırılması sorunu yaşandı. Bu durum, korozyon yorulması ve stresli korozyon bağlantısının tipik özelliklerini sergileyerek ıslak H2S ortamlarındaki bağlantı elemanlarının arıza mekanizmasının anlaşılması için önemli bir referans değeri sağlar.
Ekipman şu koşullar altında çalışıyordu: sırasıyla 90–100 derecelik kabuk-yan sirkülasyon suyu sıcaklığı, 30-35 derecelik tüp-tarafı asidik gaz sıcaklığı ve sırasıyla 0,2 MPa ve 0,4 MPa'lık çalışma basınçları. Ortam belirli bir oranda H2S ve tuz aşındırıcı ortam içeriyordu. Cıvata spesifikasyonu M20×2,5 mm idi ve malzeme 35CrMoA söndürülmüş ve temperlenmiş çelikti. Uzun vadeli alternatif termal stres, montaj ön yükü ve orta düzeyde korozyonun birleşik etkileri altında, çift uçlu cıvata sonunda dişin kökünden kırıldı.
Makroskopik gözlem, kırılma yüzeyinin diş kökü bölgesinde yer aldığını, nispeten düzgün bir morfolojiye sahip olduğunu ve belirgin bir makroskobik plastik deformasyon olmadığını ortaya çıkardı. Siyah korozyon ürünleri yüzeye yapışmıştır. Temizlendikten sonra kırılma yüzeyi, çatlağın diş kökünden kaynaklandığı ve yaklaşık 20 derecelik bir açıyla içeriye doğru yayıldığı tipik yorulma yayılma özellikleri sergiledi. Daha sonra radyal bir model sergileyen hızlı bir yayılma bölgesine girdi ve sonuçta ani kırılmaya neden oldu. Bu morfolojik özellik, Çift Uçlu Makine Vidasının arıza sürecinin birden fazla aşamadan oluştuğunu gösterir: korozyon yorulması, stresli korozyon çatlaması ve ani kırılma.
Kimyasal bileşim analizi, malzemenin bir bütün olarak 35CrMoA standardının gerekliliklerini karşıladığını gösterdi; bu da başarısızlığın anormal bileşimden kaynaklanmadığını gösterdi. Sertlik testi, Çift Uçlu Gecikmeli Cıvatanın nispeten yüksek bir genel sertliğe sahip olduğunu, matris yapısının esas olarak temperlenmiş sorbitten oluştuğunu ve geleneksel bağlantı elemanları için önerilen aralıktan daha yüksek olan 350-360 HV yerel seviyeye ulaştığını gösterdi. Metalografik analiz ayrıca iplik yüzeyinde yaklaşık 31 um'lik dekarbürize edilmiş bir katmanla belirli bir derecede dekarbürizasyon olduğunu ortaya çıkardı. Yüzey mikro yapısı ağırlıklı olarak ferritti. Bu tip heterojen yapı, stres altında kolayca lokalize stres konsantrasyonuna yol açar ve böylece çatlak başlangıcına neden olur.
Taramalı elektron mikroskobu (SEM) analizi, Çift Uçlu Altıgen Cıvatanın kırılma mekanizmasını daha da ortaya çıkardı. Çatlak başlangıç bölgesinde belirgin yorulma çizgileri gözlendi ve korozyon ürünleri, ilerleme sırasında çatlağı doldurdu. Çatlak yayılma hızı arttıkça, kırılma yüzeyi yavaş yavaş yorulma yayılımından gerilimli korozyon çatlama özelliklerine geçiş yaptı ve tipik yarı- yarılma ve radyal yayılma morfolojisi sergiledi, bu da aşındırıcı ortamın çatlak yayılma sürecine katıldığını gösterdi. Enerji dağılımlı spektroskopi (EDS) analizi, korozyon ürünlerinin yüksek düzeyde kükürt ve az miktarda klorür içerdiğini gösterdi; bu da servis ortamında önemli miktarda sülfür ve klorür korozyonuna işaret ediyor
Kapsamlı analiz, bu arızanın, birden fazla faktörün birleşiminden kaynaklanan tipik bir korozyon yorulması ve sülfür gerilimli korozyon çatlaması sorunu olduğunu göstermektedir. Oluşum mekanizması esas olarak üç yönde kendini gösterir.
İlk olarak stres faktörleri. Çift-uçlu dişli saplama montaj sırasında yüksek ön yüke maruz kalır ve bu da diş kökünde önemli eksenel çekme gerilimine neden olur. Eş zamanlı olarak, yüzer kafa yapısı ilave bükülme gerilimi yaratır. Çalışma sırasında, genleşme ve büzülmeden kaynaklanan termal stres, orta akıştan kaynaklanan titreşim yükleri ve başlatma ve kapatma sırasındaki döngüsel stres-, vidalı cıvatayı uzun süreler boyunca yüksek stres dalgalanması durumunda tutarak çatlağın başlamasını ve yayılmasını hızlandırır.
İkinci olarak maddi faktörler rol oynamaktadır. 35CrMoA çeliği yüksek dayanıma sahip olmasına rağmen, yüksek sertlikte hidrojen- kaynaklı çatlamaya ve sülfit stres korozyonuna karşı oldukça hassastır. İlgili standartlar, H2S-içeren ortamlarda, yüksek-mukavemetli çeliğin gerilimli korozyon direncinin, sertliğin belirli bir aralığı aşması durumunda önemli ölçüde azaldığını göstermektedir. Bu durumda, çift uçlu soket vida aşırı sertliğe sahiptir ve lokalize dekarbürizasyon kusurları sergileyerek yüzey çatlak direncini daha da azaltır ve tipik bir çatlak başlangıç alanı oluşturur.
Üçüncüsü çevresel faktörler önemlidir. Ortam H2S, nem ve tuzları içerir ve elektrokimyasal koşullar altında karmaşık korozyon reaksiyonlarına yol açar. Anodik işlem, FeS korozyon ürünlerini oluşturmak üzere kükürt iyonlarıyla birleşen Fe2+'yi üretir. Eş zamanlı olarak, katodik reaksiyon tarafından üretilen hidrojen atomları çeliğin içine yayılabilir, bu da hidrojenin kırılganlaşmasına ve kabarcıklanma etkilerine neden olabilir. Stres ve korozyonun birleşik etkisi altında, çift uçlu vida dişinin kökünde çatlaklar yavaş yavaş yayılır ve arızayı hızlandırır.
Ayrıca, korozyon ürünlerinin hacim genişletme etkisi, çift-dişli vidaların çatlak yayılmasını daha da şiddetlendirir. Korozyon ürünlerinin hacmi tipik olarak orijinal hacmin 2 ila 4 katıdır ve kapalı çatlak içinde ek genleşme gerilimi yaratır. Bu durum çatlak ucundaki gerilimin sürekli artmasına neden olur ve böylece kırılma süreci hızlanır. Bu "korozyon-stres-yayılım" pozitif geri besleme mekanizması, bu tür arızaların temel bir özelliğidir.
Özetle, bu tür çift uçlu vida arızası esasen yapısal gerilim konsantrasyonu, malzeme hassasiyeti ve aşındırıcı ortamın birleşik etkilerinin sonucudur. Benzer koşullar için, M10 çift uçlu vidaların sertlik duyarlılığının azaltılması, ısıl işlem süreçlerinin optimize edilmesi, ön yük seviyelerinin kontrol edilmesi ve yapının uzun vadeli hizmet güvenilirliğini-artırmak amacıyla sızdırmazlık ve korozyona karşı koruma tasarımının iyileştirilmesi de dahil olmak üzere kapsamlı iyileştirmeler yapılmalıdır.
Arıza mekanizması analizi hakkında daha fazla bilgi içinçift-başlı saplamalarveya özelleştirilmiş bağlantı elemanı seçimi önerileriniz varsa, özel ihtiyaçlarınıza göre uyarlanmış mühendislik desteği ve çözümler için lütfen teknik ekibimizle iletişime geçin.
Bize Ulaşın
