La fallada del cargol és un problema típic de fiabilitat en equips d'intercanvi de calor petroquímics i d'alta-temperatura i alta-pressió durant el funcionament a llarg-. Els cargols de doble-extrem, com a components clau de fixació a les estructures de segellat dels intercanviadors de calor, condensadors i recipients a pressió amb capçal flotant, afecten directament l'estabilitat operativa global de l'equip. Un refrigerador de capçal flotant al sistema de regeneració d'una refineria de petroli va experimentar una fallada per fractura del cargol després de 16 anys de funcionament. Aquest cas presenta característiques típiques de l'acoblament de fatiga per corrosió i corrosió per estrès, proporcionant un valor de referència important per entendre el mecanisme de fallada dels elements de subjecció en entorns H2S humits.
L'equip funcionava en les condicions següents: temperatura de l'aigua de circulació del costat de la closca -de 90 a 100 graus, temperatura del gas àcid del costat del tub- de 30 a 35 graus i pressions de funcionament de 0,2 MPa i 0,4 MPa, respectivament. El medi contenia una certa proporció de H2S i medis corrosius de sal. L'especificació del cargol era M20 × 2,5 mm i el material era acer temperat i temperat de 35CrMoA. Sota els efectes combinats de l'estrès tèrmic alternant a llarg termini-, la precàrrega del muntatge i la corrosió mitjana, el cargol de doble-extrem es va fracturar finalment a l'arrel de la rosca.
L'observació macroscòpica va revelar que la superfície de fractura es trobava a la regió de l'arrel del fil, amb una morfologia relativament llisa i sense una deformació plàstica macroscòpica evident. Productes de corrosió negres adherits a la superfície. Després de la neteja, la superfície de fractura presentava característiques típiques de propagació de la fatiga, amb l'esquerda originada a l'arrel del fil i propagant-se cap a l'interior amb un angle d'aproximadament 20 graus. A continuació, va entrar en una zona de propagació ràpida que presentava un patró radial, que finalment va provocar una fractura instantània. Aquesta característica morfològica indica que el procés de fallada del cargol de màquina de doble extrem va implicar múltiples etapes: fatiga per corrosió, fissuració per corrosió per tensió i fractura instantània.
L'anàlisi de la composició química va mostrar que el material en conjunt complia els requisits de l'estàndard 35CrMoA, cosa que indica que la fallada no va ser causada per una composició anormal. Les proves de duresa van mostrar que el pern de retard de doble extrem tenia una duresa general relativament alta, amb l'estructura de la matriu composta principalment per sorbita temperada, assolint un nivell local de 350-360 HV, que és superior al rang recomanat per als elements de fixació convencionals. L'anàlisi metal·logràfica va revelar a més un cert grau de descarburació a la superfície del fil, amb una capa descarburada d'aproximadament 31 μm. La microestructura superficial era predominantment ferrita. Aquest tipus d'estructura heterogènia condueix fàcilment a una concentració d'estrès localitzada sota estrès, induint així l'inici de les esquerdes.
L'anàlisi de microscòpia electrònica d'escaneig (SEM) va revelar encara més el mecanisme de fractura del cargol hexagonal de doble extrem. Es van observar estries de fatiga evidents a la regió d'inici de l'esquerda i els productes de corrosió van omplir l'esquerda durant la propagació. A mesura que augmentava la velocitat de propagació de l'esquerda, la superfície de la fractura va passar gradualment de la propagació per fatiga a les característiques d'esquerdes per corrosió per tensió, mostrant una morfologia típica de quasi-escissió i propagació radial, cosa que indica que el medi corrosiu va participar en el procés de propagació de l'esquerda. L'anàlisi d'espectroscòpia dispersiva d'energia (EDS) va mostrar que els productes de corrosió contenien alts nivells de sofre i petites quantitats de clorur, cosa que indica una corrosió significativa de sulfur i clorur a l'entorn de servei.
L'anàlisi exhaustiva indica que aquesta fallada és un problema típic de fatiga per corrosió i esquerdes per corrosió per tensió de sulfur causada per l'acoblament de múltiples factors. El seu mecanisme de formació es manifesta principalment en tres aspectes.
En primer lloc, els factors d'estrès. El tac roscat de doble-extrem experimenta una alta precàrrega durant el muntatge, el que resulta en un esforç de tracció axial important a l'arrel de la rosca. Simultàniament, l'estructura del capçal flotant introdueix una tensió de flexió addicional. Durant el funcionament, la tensió tèrmica de l'expansió i la contracció, les càrregues de vibració del flux mitjà i la tensió cíclica durant l'arrencada-i l'apagada mantenen el cargol en un estat de fluctuació de tensió elevada durant períodes prolongats, accelerant l'inici i la propagació de l'esquerda.
En segon lloc, els factors materials juguen un paper. Tot i que l'acer 35CrMoA té una alta resistència, és molt susceptible a l'esquerdament induït per l'hidrogen-i a la corrosió per tensió de sulfur amb una duresa elevada. Els estàndards rellevants indiquen que en entorns que contenen H2S-, la resistència a la corrosió per tensió de l'acer d'alta-resistència disminueix significativament si la duresa supera un determinat rang. En aquest cas, el cargol de doble-extrem té una duresa excessiva i presenta defectes de descarburació localitzats, reduint encara més la resistència a les esquerdes superficials i formant una àrea típica d'inici d'esquerdes.
En tercer lloc, els factors ambientals són importants. El medi conté H2S, humitat i sals, la qual cosa condueix a reaccions de corrosió complexes en condicions electroquímiques. El procés anòdic genera Fe2+, que es combina amb ions sofre per formar productes de corrosió de FeS. Simultàniament, els àtoms d'hidrogen generats per la reacció catòdica poden difondre's a l'acer, induint la fragilitat de l'hidrogen i efectes d'ampolla. Sota l'acció combinada de l'estrès i la corrosió, les esquerdes es propaguen gradualment a l'arrel de la rosca del cargol de doble-extrem, accelerant la fallada.
A més, l'efecte d'expansió del volum dels productes de corrosió agreuja encara més la propagació de les esquerdes dels cargols de doble rosca-. El volum dels productes de corrosió és normalment de 2 a 4 vegades el volum original, creant una tensió d'expansió addicional dins de l'esquerda tancada. Això fa que la tensió a la punta de l'esquerda augmenti contínuament, accelerant així el procés de fractura. Aquest mecanisme de retroalimentació positiva de "propagació de l'estrès-corrosió-" és una característica clau d'aquest tipus de fallada.
En resum, aquest tipus de fallada de cargol de doble-extrem és essencialment el resultat dels efectes combinats de la concentració de tensions estructurals, la sensibilitat del material i l'entorn corrosiu. Per a condicions similars, s'han de fer millores integrals, com ara la reducció de la sensibilitat a la duresa dels cargols M10 de doble-extrem, l'optimització dels processos de tractament tèrmic, el control dels nivells de precàrrega i la millora del disseny de segellat i protecció contra la corrosió, per millorar la -fiabilitat de servei a llarg termini de l'estructura.
Per a més informació sobre l'anàlisi del mecanisme de fallada decargols de doble-capçalo recomanacions de selecció de fixació personalitzades, poseu-vos en contacte amb el nostre equip tècnic per obtenir suport d'enginyeria i solucions adaptades a les vostres necessitats específiques.
Contacta amb nosaltres
