Selhání šroubů je typickým problémem spolehlivosti petrochemických a vysoko{0}}teplotních a-zařízení pro výměnu tepla při dlouhodobém-provozu. Dvojité-šrouby jako klíčové upevňovací součásti v těsnicích konstrukcích výměníků tepla s plovoucí hlavou, kondenzátorů a tlakových nádob přímo ovlivňují celkovou provozní stabilitu zařízení. U chladiče plovoucí hlavy v regeneračním systému ropné rafinérie došlo po 16 letech provozu k selhání prasknutí šroubu. Tento případ vykazuje typické charakteristiky korozní únavy a napěťové korozní vazby, což poskytuje důležitou referenční hodnotu pro pochopení mechanismu selhání spojovacích prvků ve vlhkém prostředí H2S.
Zařízení fungovalo za následujících podmínek: teplota cirkulující vody na straně pláště 90–100 stupňů, teplota-kyselého plynu na straně trubice 30–35 stupňů a provozní tlaky 0,2 MPa, respektive 0,4 MPa. Médium obsahovalo určitý podíl H2S a solných korozivních médií. Specifikace šroubu byla M20 × 2,5 mm a materiálem byla kalená a temperovaná ocel 35CrMoA. Pod kombinovaným působením-dlouhodobého střídavého tepelného namáhání, předpětí sestavy a střední koroze se šroub s dvojitým koncem nakonec zlomil v kořeni závitu.
Makroskopické pozorování odhalilo, že povrch lomu se nacházel v oblasti kořene závitu, s relativně hladkou morfologií a bez zjevné makroskopické plastické deformace. Černé korozní produkty ulpívaly na povrchu. Po vyčištění vykazoval povrch lomu typické charakteristiky šíření únavy, přičemž trhlina pocházela z kořene závitu a šíří se dovnitř pod úhlem přibližně 20 stupňů. Poté vstoupil do zóny rychlého šíření vykazující radiální vzor, což nakonec mělo za následek okamžitý zlom. Tato morfologická charakteristika naznačuje, že proces selhání dvoukoncového strojního šroubu zahrnoval několik fází: korozní únavu, korozní praskání pod napětím a okamžitý lom.
Analýza chemického složení ukázala, že materiál jako celek splňuje požadavky normy 35CrMoA, což naznačuje, že porucha nebyla způsobena abnormálním složením. Testování tvrdosti ukázalo, že šroub Double Ended Lag Bolt měl relativně vysokou celkovou tvrdost se strukturou matrice složenou převážně z temperovaného sorbitu, dosahující místní úrovně 350–360 HV, což je vyšší než doporučený rozsah pro konvenční spojovací prvky. Metalografická analýza dále odhalila určitý stupeň oduhličení na povrchu závitu s oduhličenou vrstvou přibližně 31 μm. Mikrostruktura povrchu byla převážně feritová. Tento typ heterogenní struktury snadno vede k lokalizované koncentraci napětí pod napětím, čímž dochází k iniciaci trhlin.
Analýza rastrovacím elektronovým mikroskopem (SEM) dále odhalila mechanismus lomu dvouhranného šestihranného šroubu. V oblasti iniciace trhliny byly pozorovány zřejmé únavové pruhy a produkty koroze zaplňovaly trhlinu během šíření. Jak se rychlost šíření trhliny zvyšovala, lomová plocha postupně přecházela z únavového šíření do charakteristik praskání korozí pod napětím, vykazující typickou morfologii kvazi-štěpení a radiálního šíření, což naznačuje, že se na procesu šíření trhliny podílelo korozní prostředí. Analýza energeticky disperzní spektroskopie (EDS) ukázala, že korozní produkty obsahovaly vysoké hladiny síry a malé množství chloridů, což ukazuje na významnou sulfidovou a chloridovou korozi v provozním prostředí.
Komplexní analýza ukazuje, že toto selhání je typickým problémem korozní únavy a sulfidového korozního praskání způsobeného spojením více faktorů. Mechanismus jeho tvorby se projevuje především ve třech aspektech.
Za prvé, stresové faktory. Dvojitý-závitový čep zažívá vysoké předpětí během montáže, což má za následek značné axiální tahové napětí v patě závitu. Současně struktura plovoucí hlavy zavádí dodatečné ohybové napětí. Tepelné namáhání z expanze a smršťování, vibrační zatížení od proudění média a cyklické namáhání během spouštění{4}}a vypínání udržují šroub šroubu během provozu ve stavu vysokého kolísání napětí po dlouhou dobu, což urychluje iniciaci a šíření trhlin.
Za druhé hrají roli materiální faktory. Zatímco ocel 35CrMoA má vysokou pevnost, je při vysoké tvrdosti vysoce citlivá na vodík-indukované praskání a sulfidovou napěťovou korozi. Příslušné normy naznačují, že v prostředích obsahujících H2S-odolnost vysokopevnostní oceli proti korozi napětím výrazně klesá, pokud tvrdost překročí určitý rozsah. V tomto případě má šroub s vnitřním šestihranem s dvojitým koncem nadměrnou tvrdost a vykazuje lokalizované defekty oduhličení, což dále snižuje odolnost proti povrchovým trhlinám a vytváří typickou oblast iniciace trhlin.
Za třetí jsou důležité faktory životního prostředí. Médium obsahuje H2S, vlhkost a soli, což vede ke složitým korozním reakcím za elektrochemických podmínek. Anodický proces generuje Fe2+, které se kombinuje s ionty síry za vzniku korozních produktů FeS. Současně mohou atomy vodíku generované katodickou reakcí difundovat do oceli, což způsobuje vodíkové křehnutí a puchýřnaté efekty. Při kombinovaném působení napětí a koroze se v kořeni závitu šroubu se dvěma-koncemi postupně šíří trhliny, což urychluje selhání.
Kromě toho efekt objemové expanze produktů koroze dále zhoršuje šíření trhlin u šroubů s dvojitým -závitem. Objem korozních produktů je typicky 2 až 4násobek původního objemu, což vytváří dodatečné expanzní napětí v uzavřené trhlině. To způsobí, že napětí na špičce trhliny se neustále zvyšuje, čímž se urychluje proces lomu. Tento mechanismus pozitivní zpětné vazby „šíření-korozního-napětí“ je klíčovou charakteristikou tohoto typu selhání.
Stručně řečeno, tento typ dvojitého- selhání šroubu je v podstatě výsledkem kombinovaných účinků koncentrace strukturálního napětí, citlivosti materiálu a korozního prostředí. Pro podobné podmínky je třeba provést komplexní vylepšení, včetně snížení citlivosti na tvrdost šroubů M10 s dvojitým koncem-, optimalizace procesů tepelného zpracování, řízení úrovní předpětí a zlepšení konstrukce těsnění a ochrany proti korozi, aby se zvýšila dlouhodobá- provozní spolehlivost konstrukce.
Další informace o analýze mechanismu selhánízávrtné šrouby se dvěma-hlavaminebo přizpůsobená doporučení pro výběr spojovacího materiálu, kontaktujte prosím náš technický tým pro technickou podporu a řešení přizpůsobená vašim specifickým potřebám.
Kontaktujte nás
