Teadmised

I. Tihendite korrosioonioht

Keemiline ja elektrokeemiline korrosioon ohustab tõsiselt mehaaniliste tihendite kasutusiga. Korrosiooni põhjused on keerulised ja mitmekesised. Siin analüüsitakse ainult mehaaniliste tihendite levinumaid korrosioonivorme ja olulisimaid mõjutegureid.

 

1. Üldine ja lokaalne korrosioon

 

Ühtlane korrosioon tekib siis, kui ainega kokkupuutuva detaili pind läbib ühtlase korrosiooni. Selle eripära on see, et detaili kaal väheneb ja see võib isegi täielikult korrodeeruda, kaotades tugevuse ja kõvaduse. Näiteks kui 1Cr18Ni9Ti roostevabast terasest vedrusid kasutatakse lahjendatud väävelhappes, võib selline olukord tekkida.

 

Kohaliku korrosiooni saab lihtsalt tuvastada detaili korrosioonilaikude või aukude järgi. Lokaalne korrosioon muudab detaili pinnakihi pehmeks ja poorseks, kaldudes ketenema ning kaotama kulumiskindlust ja tugevust. Lokaalne korrosioon on korrosioonivorm, kus teatud faasi mitmefaasilises sulamis või teatud elementi ühefaasilises tahkes lahuses lahustub keskkond valikuliselt. Näiteks kui koobaltipõhiseid kõvasulameid kasutatakse kõrge temperatuuriga tugevas leelis, on sideainefaasi metalli koobalt kergesti korrodeeruv ja kõvafaasi volframkarbiidist karkass kaotab tugevuse, mille tulemuseks on terade kihistumine mehaanilise jõu mõjul. Teiseks näiteks on reaktsiooniga paagutatud ränikarbiid, mille pinnal on vaba räni korrosioonist (pH > 10) tingitud täppide moodustumine.

 

Korrosioon mõjutab oluliselt tihendite toimivust. Kuna tihendid on väiksemad ja täpsemad kui põhimasina osad, valitakse tavaliselt materjalid, mis on põhimasina omadest korrosioonikindlamad. Vahendiga otseses kokkupuutes olevate tihendite puhul, kuigi sobivate materjalide valimisel võib viidata asjakohaste korrosioonikäsiraamatute andmetele, ei pruugi need andmed olla kooskõlas mehhaaniliste tihendite süsteemide kasutustingimustega, kuna need on enamasti ühe kandja korrosiooniandmed staatilistes tingimustes, samas kui protsessivoo keskkond on mitme keskkonna segu. Kogemused näitavad, et rõhk, temperatuur ja libisemiskiirus võivad kõik korrosiooni kiirendada. Tihendite korrosioonikiirus suureneb plahvatuslikult temperatuuri tõustes.

 

Väga söövitavate vedelikega töötamisel tuleks kasutada väliseid või kahe otsaga tihendeid, et minimeerida korrosiooni mõju tihenditele, kuna neil on kõige vähem osi, mis puutuvad kokku protsessivedelikuga. See on üks olulisemaid põhimõtteid tihendikonstruktsioonide valimisel tugevates söövitavates tingimustes.

 

2. Pingekorrosioon

Pingekorrosioon on korrosiooninähtus, mis esineb metallmaterjalides pinge all söövitavas keskkonnas. Olgu tegemist väliskoormuse või jääkpingega, korrosioon intensiivistub. Pingekorrosioonile kalduvate materjalide hulka kuuluvad austeniit roostevaba teras, vasesulamid jne. Pingekorrosiooni protsess algab üldjuhul selektiivsete korrosioonisoonte moodustumisega metalli pinnale, millele järgneb pidev lokaalne korrosioon ja lõpuks tekivad pinge mõjul soonte põhjast praod. Tüüpiline näide on mehaanilise tihendi 104 ajamihülss, mis on valmistatud 1Cr18Ni9Ti-st. Ammoniaagipumbas kasutamisel tekivad varruka ajamikõrvadel kõige tõenäolisemalt pingekorrosioonipraod, mis kahjustavad kõrvu. Selle pingekorrosiooni vältimiseks muudeti nõgusad kõrvad tahkete kumerate kõrvade vastu.

 

3. Erosioon

Tihendi ja vedeliku vaheline kiire liikumine põhjustab kontaktpinnal mikroskoopilisi ebatasasusi. Kui vedelik on söövitav keskkond, kiirendab see keemilist reaktsiooni tihenduskontaktpinnal. See reaktsioon võib mõnikord olla kasulik ja mõnikord kahjulik. Kui moodustunud oksiidikiht on kahjustatud, tekib korrosioon. Kulumise ja erosiooni vahelduvast toimest põhjustatud materiaalset kahju nimetatakse erosiooniks. Üldiselt ei kajasta erosioon kiiresti mehaaniliste tihendite mittepeamiste komponentide, nagu vedrupesad, tõukerõngad ja rõngapesad, tihendusomaduste muutumist, kuid see on üks peamisi hõõrdepaari rikke vorme. Seetõttu peaks tugevas söövitavas keskkonnas hõõrdepaar kasutama hea korrosioonikindlusega materjale, näiteks 99.5% kõrge puhtusastmega alumiiniumoksiidi keraamikat või kuumpressitud paagutatud ränikarbiidi ilma vaba ränita.

 

4. Pragukorrosioon

Kui metalli ja metalli või mittemetallist komponendi vahel on väga väike vahe ja keskkond on seisvas olekus, kiirendab see vahes oleva metalli korrosiooni. Seda tüüpi korrosiooni nimetatakse pragukorrosiooniks. Tüüpilised näited on näiteks sooned või korrosioonilaigud, mis tekivad mehhaanilise tihendi vedrupesa ja võlli ning kompensatsioonirõnga abitihendusrõnga ja võlli vahele (muidugi esineb siin ka võllikulumist). Põhjus on selles, et pilus olev keskkond on seisvas olekus, mistõttu on korrosioonireaktsioonis osalevate ainete täitumine pilusse raskendatud, samuti on pilus olevaid korrosiooniprodukte raske välja hajutada. Selle tulemusena erineb pilus olev keskkond korrosiooni edenedes koostise kontsentratsiooni ja pH väärtuse poolest üha enam üldisest keskkonnast, mis viib pilu metallpinna korrosiooni kiirenemiseni. Pragude korrosioon ohustab oluliselt tihendusomadusi. Tihendusrõngale ja nurgavõllile moodustunud sooned takistavad kompensatsioonirõnga aksiaalset liikumist, kaotades oma jälgimisvõime, põhjustades otsapinna eraldumise ja lekke. Lõhekorrosiooni korral saab seda tavaliselt leevendada õige materjalivaliku ja mõistliku konstruktsiooniprojektiga. Näiteks tuleks valida hea pragukorrosioonikindlusega materjalid ning konstruktsiooni projekteerimisel tuleks võimalikult palju vältida tühimike ja seisvate vedelate alade teket; Tsirkulatsiooni jaoks võib kasutada iseuhtumismeetodit, et hoida tihendusõõnes olev keskkond pidevalt uuenev ja voolav, vältides muutusi keskkonna koostise kontsentratsioonis; pikaajaliste tühikäigupumpade ja masinate puhul tuleks kogunenud vedelik õigel ajal ära tühjendada jne. Konstruktsiooni tühikuid ei ole võimalik täielikult kõrvaldada, seetõttu kasutatakse üldjuhul kaitsehülssi, mille vältimiseks võib tihendusrõnga paigaldusosale pihustada korrosioonikindlaid materjale.

 

5. Elektrokeemiline korrosioon

 

Tegelikult on kõik mehaaniliste tihendite erinevad korrosioonivormid enam-vähem seotud elektrokeemilise korrosiooniga. Mehaanilise tihendi hõõrdepaari puhul on see sageli elektrokeemilise korrosiooni ohus, kuna hõõrdepaar on tavaliselt valmistatud erinevatest materjalidest. Kui need on elektrolüüdilahuses, tekib materjalide erinevate potentsiaalide tõttu nende kokkupuutel elektrokeemiline paariefekt, see tähendab, et ühe materjali korrosioon soodustatakse, samas kui teise korrosioon on pärsitud. Näiteks kui vask ja nikkel-kroomteras paaritatakse ja neid kasutatakse oksüdeerivas keskkonnas, toimub nikkel-kroomteras ionisatsioonilise lagunemise teel. Soolane vesi, merevesi, lahjendatud vesinikkloriidhape, lahjendatud väävelhape jne on tüüpilised elektrolüüdilahused. Tihenduskomponendid on altid elektrokeemilisele korrosioonile, seetõttu on kõige parem valida sarnase potentsiaaliga materjalid või siduda keraamika täidetud klaaskiust polütetrafluoroetüleeniga.

 

II. Kummist tihendusrõngaste rike

Mehaaniliste tihendite puhul kasutatakse tavaliselt sünteetilisest kummist O-rõngaid lisatihendusrõngastena. Ligikaudu 30% mehaaniliste tihendite riketest on põhjustatud O-rõngaste riketest. Ebaõnnestumise vormid on järgmised.

1. Iging

Kõrged temperatuurid ja keemiline korrosioon on tavaliselt kummitoodete kõvenemise ja pragunemise peamised põhjused. Kummi vananemine väljendub selles, et kumm muutub kõvaks, väheneb tugevus ja elastsus. Rasketel juhtudel võivad tekkida praod, mille tulemuseks on tihendusvõime kaotus. Ladustamise ja käsitsemise ajal võib kumm vananeda, kui see on pikka aega päikesevalguse käes, puutub kokku osooniga või liiga kaua hoitakse. Ülekuumenemine võib põhjustada kummikomponentide lagunemist ja isegi karboniseerumist. Kõrge temperatuuriga vedelikes on kummil oht edasi vulkaniseerida, kaotades lõpuks oma elastsuse ja põhjustades lekkeid. Seetõttu on vaja mõista igat tüüpi sünteetilise kummi ohutut töötemperatuuri.

 

2. Püsideformatsioon

Kummist tihendiosade püsideformatsioon on tavaliselt tugevam kui teiste materjalide puhul. Näiteks võivad kummist O-rõngad muutuda kasutamise ajal ruudukujuliseks. Kui tihendusrõngad on pikka aega kõrgete temperatuuride käes, omandavad need sama ristlõike kuju kui soon. Kui temperatuur püsib konstantsena, saavad nad siiski täita tihendusfunktsiooni; aga kui temperatuur langeb, tõmbuvad tihendusrõngad kiiresti kokku, tekitades lekketee ja põhjustades lekke. Seetõttu tuleb erinevate kummitüüpide puhul jälgida temperatuuripiiranguid ja vältida nende pikemaajalist kasutamist piirtemperatuuridel. Kui tihendamise tingimusi ei saa muuta, tuleks teha struktuurilisi parandusi, et vähendada temperatuuri kahjulikku mõju kummimaterjalidele. Näiteks tuleks valida võimalikult suure ristlõikega kummist O-rõngad, O-rõngad tuleks hoida hõõrdepaari otspinnast eemal, O-rõngaste kõvadust tuleks asjakohaselt suurendada ja võtta kasutusele soone-tüüpi montaažikonstruktsioon (tõukerõnga survetüüpi struktuuri asemel ja vedrujõud ei tohiks O-rõngale mõjuda).

 

3. Turse deformatsioon

Sünteetiline kautšuk võib teatud keskkonnas paisuda, muutuda kleepuvaks või lahustuda. Seetõttu tuleks sobiv materjal valida töökandja iseloomust lähtuvalt, viidates asjakohastele andmetele ja diagrammidele. Kui edastatava töökeskkonna koostis ei ole väga selge, tuleks materjalide ratsionaalse valiku suunamiseks läbi viia keelekümbluskatse. Mõned segatud lahused võivad erinevaid sünteetilisi kummisid korrodeerida, sel juhul tuleks tihendusrõngana kasutada polütetrafluoroetüleeni.

 

4. Moonutused ja ekstrusioonikahjustused

Tasandusrõngaste ristkülikukujulistes soontes olevad kummist O-rõngad võivad monteerimise või kasutamise ajal väänduda ja deformeeruda. Selle põhjused on järgmised: O-rõnga madal kõvadus ja väike ristlõike läbimõõt, ebaühtlane ümmarguse ristlõike läbimõõt, kõikuv töörõhk, löök ja vibratsioon, samuti madal siserõhk ja halb määrimine, mis kõik võivad põhjustada O-rõnga väändumist. Keerdunud osa on enamasti O-rõnga keskel. Tugeva keerdumise korral muutub ristlõikepindala selles punktis õhemaks ning samal ajal suureneb lekke- ja hõõrdejõud. Meetodid O-rõnga keerdumise vältimiseks on järgmised:

① Enne paigaldamist kandke soonele määrdeainet ja veenduge, et võll oleks sile, et O-rõngas saaks vabalt veereda.

2. Kokkusurumise kogus peaks olema võimalikult sobiv ja soone laiust tuleks vastavalt suurendada, et O-rõngas saaks soones veereda.

③ Kui saadaval on mitu ristlõike suurust, tuleks eelistada suurema ristlõikega O-rõngaid.

④ Kasutage teisi tihendusrõngaid, mis ei keerdu, näiteks X-kujulise ristlõikega tihendusrõngaid.

 

Kummist O-rõngad on staatilistes ja nihkelistes tingimustes alati kokkusurutud olekus, seega kipuvad nad kõrgsurve tingimustes pilusse välja pressima. O-rõnga ekstrusioon tähendab, et kõrge rõhu all olev O-rõngas põhjustab pilus pinge kontsentratsiooni ja kui pinge saavutab teatud taseme, moodustab O-rõngas pilusse kinnitunud kihi, mille tulemuseks on O-rõnga kulumine või kahjustumine, tihendi enneaegne purunemine ja keskkonna lekkimine tihendusrõngast. Ilmselgelt on ekstrusiooni peamised põhjused seotud rõhu ja piluga tihenduskohas, samuti O-rõnga materjali kõvadusega. Pilu vähendamine võib ekstrusiooni vältida, kuid see vähendab tihendusrõnga ujuvaid ja järgnevaid omadusi. Seetõttu on kõrgsurve tingimustes kummist O-rõngaste ekstrusiooni vältimiseks vaja paigaldada O-rõnga soonesse kinnitusrõngas. Eriti väikese ristlõikega O-rõngaste puhul tuleks lisada polütetrafluoroetüleenist või polüimiidist kinnitusrõngas .

 

Kui teil on küsimusi ja nõudmisi tootearenduse või tarneahela täiustamise kohta, võtke meiega ühendust aadressil info@castings-forging.com.