Hỏng bu-lông là một vấn đề về độ tin cậy điển hình trong thiết bị trao đổi nhiệt-áp suất cao,-nhiệt độ cao,{1}}áp suất cao trong quá trình-hoạt động lâu dài về độ tin cậy. Bu lông-hai đầu, là bộ phận buộc chặt quan trọng trong cấu trúc bịt kín của bộ trao đổi nhiệt đầu nổi, bình ngưng và bình chịu áp lực, tác động trực tiếp đến độ ổn định vận hành chung của thiết bị. Bộ làm mát đầu nổi trong hệ thống tái sinh của nhà máy lọc dầu đã gặp sự cố gãy bu lông sau 16 năm hoạt động. Trường hợp này thể hiện các đặc tính điển hình của mỏi do ăn mòn và khớp nối ăn mòn ứng suất, cung cấp giá trị tham khảo quan trọng để hiểu cơ chế hư hỏng của ốc vít trong môi trường H2S ẩm ướt.
Thiết bị hoạt động trong các điều kiện sau: nhiệt độ nước tuần hoàn phía vỏ-là 90–100 độ, nhiệt độ khí axit phía ống-là 30–35 độ và áp suất vận hành lần lượt là 0,2 MPa và 0,4 MPa. Môi trường chứa một tỷ lệ nhất định H2S và môi trường ăn mòn muối. Thông số kỹ thuật của bu lông là M20×2,5mm và vật liệu là thép tôi và tôi luyện 35CrMoA. Dưới tác động tổng hợp của ứng suất nhiệt xen kẽ dài hạn, tải trước của cụm và sự ăn mòn trung bình, bu lông hai đầu cuối cùng đã bị gãy ở gốc ren.
Quan sát vĩ mô cho thấy bề mặt đứt gãy nằm ở vùng chân ren, hình thái tương đối nhẵn và không có biến dạng dẻo vĩ mô rõ ràng. Sản phẩm ăn mòn màu đen bám dính trên bề mặt. Sau khi làm sạch, bề mặt vết nứt thể hiện đặc điểm lan truyền mỏi điển hình, với vết nứt bắt nguồn từ chân ren và lan truyền vào trong một góc khoảng 20 độ. Sau đó, nó đi vào vùng lan truyền nhanh biểu hiện kiểu hướng tâm, cuối cùng dẫn đến đứt gãy tức thời. Đặc điểm hình thái này chỉ ra rằng quá trình hư hỏng của Vít máy hai đầu bao gồm nhiều giai đoạn: mỏi do ăn mòn, nứt ăn mòn do ứng suất và gãy tức thời.
Phân tích thành phần hóa học cho thấy toàn bộ vật liệu đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn 35CrMoA, cho thấy lỗi không phải do thành phần bất thường gây ra. Kiểm tra độ cứng cho thấy Bu lông Lag hai đầu có độ cứng tổng thể tương đối cao, với cấu trúc ma trận chủ yếu bao gồm sorbite tôi luyện, đạt mức cục bộ 350–360 HV, cao hơn phạm vi khuyến nghị cho ốc vít thông thường. Phân tích kim loại học tiếp tục cho thấy mức độ khử cacbon nhất định trên bề mặt ren, với lớp được khử cacbon có kích thước khoảng 31 μm. Cấu trúc vi mô bề mặt chủ yếu là ferit. Kiểu cấu trúc không đồng nhất này dễ dàng dẫn đến sự tập trung ứng suất cục bộ dưới ứng suất, do đó gây ra sự hình thành vết nứt.
Phân tích kính hiển vi điện tử quét (SEM) tiếp tục tiết lộ cơ chế gãy của Bu lông lục giác hai đầu. Các vết mỏi rõ ràng được quan sát thấy ở vùng bắt đầu vết nứt và các sản phẩm ăn mòn lấp đầy vết nứt trong quá trình lan truyền. Khi tốc độ lan truyền vết nứt tăng lên, bề mặt vết nứt chuyển dần từ sự lan truyền mỏi sang đặc điểm vết nứt do ăn mòn ứng suất, thể hiện hình thái gần như -sự phân tách và hình thái lan truyền hướng tâm điển hình, cho thấy rằng môi trường ăn mòn đã tham gia vào quá trình lan truyền vết nứt. Phân tích quang phổ tán sắc năng lượng (EDS) cho thấy các sản phẩm ăn mòn chứa hàm lượng lưu huỳnh cao và một lượng nhỏ clorua, cho thấy sự ăn mòn sunfua và clorua đáng kể trong môi trường sử dụng
Phân tích toàn diện chỉ ra rằng lỗi này là vấn đề nứt ăn mòn do ăn mòn mỏi và ứng suất sunfua điển hình do sự kết hợp của nhiều yếu tố. Cơ chế hình thành của nó chủ yếu biểu hiện ở ba khía cạnh.
Đầu tiên, yếu tố căng thẳng. Chốt ren hai đầu- chịu tải trước cao trong quá trình lắp ráp, dẫn đến ứng suất kéo dọc trục đáng kể ở chân ren. Đồng thời, cấu trúc đầu nổi tạo thêm ứng suất uốn. Trong quá trình vận hành, ứng suất nhiệt do giãn nở và co lại, tải trọng rung do dòng chảy trung bình và ứng suất theo chu kỳ trong quá trình-khởi động và tắt máy sẽ giữ cho bu lông vít ở trạng thái dao động ứng suất cao trong thời gian dài, đẩy nhanh quá trình hình thành và lan truyền vết nứt.
Thứ hai, yếu tố vật chất đóng một vai trò. Mặc dù thép 35CrMoA có độ bền cao nhưng rất dễ bị nứt do hydro-gây ra và ăn mòn ứng suất sunfua ở độ cứng cao. Các tiêu chuẩn liên quan chỉ ra rằng trong môi trường chứa H2S-, khả năng chống ăn mòn do ứng suất của thép cường độ-cao giảm đáng kể nếu độ cứng vượt quá một phạm vi nhất định. Trong trường hợp này, vít-đầu kép có độ cứng quá cao và có khuyết tật khử cacbon cục bộ, làm giảm thêm khả năng chống nứt bề mặt và hình thành vùng bắt đầu vết nứt điển hình.
Thứ ba, các yếu tố môi trường là đáng kể. Môi trường chứa H2S, độ ẩm và muối, dẫn đến các phản ứng ăn mòn phức tạp trong điều kiện điện hóa. Quá trình anốt tạo ra Fe2+, kết hợp với các ion lưu huỳnh để tạo thành các sản phẩm ăn mòn FeS. Đồng thời, các nguyên tử hydro được tạo ra bởi phản ứng catốt có thể khuếch tán vào thép, gây ra hiện tượng giòn và phồng rộp do hydro. Dưới tác động kết hợp của ứng suất và ăn mòn, các vết nứt lan dần ở chân ren vít-hai đầu, làm tăng tốc độ hư hỏng.
Hơn nữa, hiệu ứng giãn nở thể tích của các sản phẩm ăn mòn càng làm trầm trọng thêm sự lan truyền vết nứt của vít có ren kép. Thể tích của các sản phẩm ăn mòn thường gấp 2 đến 4 lần thể tích ban đầu, tạo thêm ứng suất giãn nở trong vết nứt kín. Điều này làm cho ứng suất tại đầu vết nứt liên tục tăng lên, do đó đẩy nhanh quá trình đứt gãy. Cơ chế phản hồi tích cực "ăn mòn{6}}ứng suất-lan truyền" này là đặc điểm chính của loại hư hỏng này.
Tóm lại, loại hư hỏng vít hai đầu-này về cơ bản là kết quả của tác động tổng hợp của nồng độ ứng suất cấu trúc, độ nhạy của vật liệu và môi trường ăn mòn. Đối với các điều kiện tương tự, cần thực hiện các cải tiến toàn diện, bao gồm giảm độ nhạy về độ cứng của vít hai đầu M10-, tối ưu hóa quy trình xử lý nhiệt, kiểm soát mức tải trước cũng như cải thiện thiết kế bịt kín và bảo vệ chống ăn mòn để nâng cao-độ tin cậy sử dụng lâu dài của kết cấu.
Để biết thêm thông tin về phân tích cơ chế lỗi củabu lông đinh tán-đầu képhoặc đề xuất lựa chọn dây buộc tùy chỉnh, vui lòng liên hệ với nhóm kỹ thuật của chúng tôi để được hỗ trợ kỹ thuật và các giải pháp phù hợp với nhu cầu cụ thể của bạn.
Liên hệ với chúng tôi
