Wysoka wytrzymałość czarnej uszczelki? 

Co przychodzi Ci na myśl, gdy słyszysz czarną uszczelkę o wysokiej wytrzymałości? Wiele osób od razu myśli o kolorze – tym matowym lub czasami lekko błyszczącym czarnym wykończeniu – i utożsamia go z doskonałą wydajnością. Ale to pierwsza pułapka. Kolor to tylko obróbka powierzchniowa, często powłoka fosforanowa lub tlenkowa, czasami powłoka elastomerowa w przypadku określonych uszczelek. Prawdziwe pytanie o trwałość nie dotyczy trwałości koloru; chodzi o to, czy wysoka wytrzymałość Materiał rdzenia w połączeniu z tą powierzchnią może wytrzymać specyficzne środowisko, w którym jest wrzucony. Widziałem zbyt wiele projektów, w których zespół wybrał czarną uszczelkę do kołnierza wysokociśnieniowego, uśpiony solidnym wyglądem, tylko po to, by stawić czoła przedwczesnej awarii, ponieważ skupił się na estetyce, a nie na ułożeniu materiałów i warunkach serwisowych.

Rdzeń koloru

Rozbierzmy to z powrotem. Wysoka wytrzymałość zazwyczaj odnosi się do metalowego rdzenia. Często mówimy o stali sprężynowej (takiej jak stal nierdzewna 301/304/316), stali węglowej, a czasem o stopach miedzi i niklu. Proces czernienia, podobnie jak powłoka fosforanu cynku na stali węglowej, zapewnia przede wszystkim odporność na korozję i niewielkie tarcie powierzchniowe dla lepszej przyczepności. Nie zmienia w magiczny sposób materiału niskiej jakości w materiał o wysokiej wydajności. Siła wynika z temperamentu i grubości metalu. Częstym niedopatrzeniem jest określanie grubości bez uwzględnienia rozkładu obciążenia. Czarna uszczelka 304SS o grubości 1,5 mm może wyglądać jak część, ale pod dużym obciążeniem śruby w nierównym kołnierzu może ustąpić lub pełzać, tracąc swoją siłę uszczelniającą. Czarna powłoka może pozostać nienaruszona, co daje fałszywe poczucie bezpieczeństwa, mimo że pieczęć już uległa uszkodzeniu.

Przypominam sobie sprawę dotyczącą modernizacji wymiennika ciepła. Klient nalegał na zastosowanie spiralnie zwijanej uszczelki ze stali węglowej pokrytej czarnym tlenkiem do linii pary przegrzanej, powołując się na wcześniejsze pomyślne zastosowanie tej uszczelki w rurociągach z wodą. Cykliczne zmiany temperatury i kondensat chemiczny w instalacji parowej zaatakowały rdzeń ze stali węglowej znajdujący się pod powłoką. Sama powłoka wytrzymała, ale już po ośmiu miesiącach stwierdziliśmy pękanie spowodowane korozją naprężeniową w metalowych fałdach. Trwałość czarnej powierzchni to kompletna bzdura. Zdecydowaliśmy się na uzwojenie spiralne ze stali nierdzewnej 316L wypełnione grafitem i czarną powłoką, co rozwiązało problem. Lekcja? Środowisko – temperatura, media, pH, cykliczne zmiany ciśnienia – dyktuje materiał rdzenia. Kolor jest przypadkowy.

Kolejnym niuansem jest integralność powłoki. Nie wszystkie czarne powłoki są sobie równe. Tania, cienka powłoka fosforanowa może się zetrzeć podczas montażu lub w wyniku niewielkiego ruchu kołnierza, narażając goły metal na rdzę. Bardziej wytrzymała czarna powłoka elastomerowa, taka jak fluoroelastomer, zwiększa odporność chemiczną, ale może być ograniczona temperaturowo. Musisz wiedzieć, co kupujesz. Często pytam dostawców o specyfikację powłoki – czy jest ona zgodna z normą ASTM A380 dla stali nierdzewnej? Czy jest to zastrzeżony polimer? Jeśli nie mogą tego zapewnić, jest to czerwona flaga.

Ciśnienie, temperatura i ściskanie

Trwałość pod obciążeniem to miejsce, w którym teoria spotyka się ze szlifierką. A uszczelka nie jest elementem pasywnym; jest to zaprojektowany element, który musi przepływać pod obciążeniem śruby, aby wypełnić niedoskonałości kołnierza, a następnie utrzymywać powrót sprężystości, aby utrzymać uszczelnienie w miarę nagrzewania się układu i wahań ciśnienia. Czarna powłoka wpływa na współczynnik tarcia. Wyższe tarcie (które zapewniają niektóre czarne powłoki) może być dobre, jeśli chodzi o odporność na wydmuch, ale może wymagać większego momentu obrotowego śrub, aby osiągnąć prawidłowe początkowe ściskanie. Jeśli moment obrotowy nie zostanie wyregulowany, możesz uzyskać zbyt małą kompresję, co doprowadzi do wycieków już od pierwszego dnia.

Natknęliśmy się na to na linii tłocznej sprężarki. Stosując powlekaną na czarno uszczelkę z metalowym płaszczem nowego dostawcy, monterzy zastosowali standardowe wartości momentu obrotowego. Początkowy test hydrauliczny przebiegł pomyślnie, ale podczas pracy i przy cyklicznych zmianach temperatur zaobserwowaliśmy ciągły wyciek. Po demontażu uszczelka wykazywała niepełny ślad – powłoka nie przeniosła się całkowicie na powierzchnię kołnierza, co wskazywało, że nigdy nie została całkowicie ściśnięta. Powłoka była grubsza i bardziej przyczepna niż u poprzedniego dostawcy. Musieliśmy zwiększyć moment obrotowy o około 15% dla tego samego rozmiaru nominalnego. To mały szczegół, ale zabił trwałość tej instalacji, dopóki się nad tym nie zastanowiliśmy.

Temperatura to drugi zabójca. Ta ładna czarna powłoka na standardowej uszczelce ze stali węglowej może wytrzymać temperaturę do 500°F, ale powyżej tej może ulec degradacji, wypaleniu lub spieczeniu. Widziałem, jak czarne powłoki zamieniały się w sypki popiół w zastosowaniach wymagających wysokiej temperatury, pozostawiając odsłonięty metalowy rdzeń. W przypadku zastosowań wysokotemperaturowych należy rozważyć zastosowanie specjalistycznych farb wysokotemperaturowych lub, częściej, zaakceptować fakt, że powłoka wypali się i polegać na odporności samego metalu rdzenia na utlenianie w wysokiej temperaturze, np. przy użyciu stali 321SS lub Inconel. Kolor czarny w takich przypadkach często służy wyłącznie do wstępnej identyfikacji i zapobiegania rdzy podczas przechowywania, a nie do działania w trakcie eksploatacji.

Awarie w świecie rzeczywistym i czego uczą

Nic tak nie uczy jak porażka. Pamiętam partię płaskich uszczelek pierścieniowych pokrytych czarnym tlenkiem do kolektora do przetwarzania chemicznego. Materiał był odpowiedni (316SS), ciśnienie było w porządku. Uszkodziły się w ciągu kilku tygodni z powodu korozji wżerowej pod powłoką. Podstawowa przyczyna? Chlorki w strumieniu procesowym. Powłoka z czarnego tlenku na stali nierdzewnej, choć zapewnia ogólną odporność na korozję, może czasami powodować powstawanie szczelin, jeśli nie zostanie idealnie nałożona. Chlorki uwięzione w mikroszczelinach powłoki doprowadziły do ​​korozji wżerowej i szczelinowej stali nierdzewnej znajdującej się pod spodem. Powłoka faktycznie przyczyniła się do awarii. Zamieniliśmy na zwykłą, trawioną i pasywowaną uszczelkę 316SS bez powłoki i problem zniknął. Czasami najtrwalszym wykończeniem jest brak wykończenia.

Kolejnym klasykiem jest korozja galwaniczna. Uszczelka ze stali węglowej powlekana na czarno, stosowana pomiędzy dwoma kołnierzami ze stali nierdzewnej. Powłoka ulega zarysowaniu podczas montażu w otworach na śruby lub na krawędziach. Teraz masz małą anodę (stal węglową) stykającą się z dużą katodą (ze stali nierdzewnej) w środowisku przewodzącym. Stal węglowa szybko koroduje, niszcząc część nośną uszczelki. Czarna powłoka wygląda dobrze na 90% powierzchni, ale uszczelka jest uszkodzona na krytycznych krawędziach. Dlatego właśnie zgodność materiałów jest pierwszym krokiem niepodlegającym negocjacjom, o wiele ważniejszym niż kolor powierzchni.

Te doświadczenia sprawiły, że jestem głęboko sceptyczny wobec wszelkich katalogów, które jako kluczową cechę wymieniają tylko czarną uszczelkę. Rzeczywiste specyfikacje – ASME B16.20, B16.21, certyfikaty materiałowe (jak od renomowanego producenta np. Handan Zitai Fastener Manufacturing Co., Ltd., z siedzibą w głównym chińskim centrum produkcji elementów złącznych, posiadającym solidną sieć logistyczną), parametry ciśnienia i temperatury oraz specyfikacje powłok – mają znaczenie. Strona internetowa https://www.zitaifasteners.com mogą wystawiać listy swoich produktów, ale prawdziwa rozmowa zaczyna się, gdy poprosisz o raporty z testów, które za nimi stoją czarna uszczelka zestawienia.

Instalacja – Chwila Prawdy

Trwałość jest również kształtowana podczas instalacji. Uszczelka pokryta czarną powłoką może być bardziej podatna na uszkodzenia podczas manipulacji. Upuszczenie go na betonową podłogę może spowodować odpryskiwanie powłoki. Użycie szczotki drucianej do oczyszczenia starego kołnierza, a następnie położenie na nim nowej uszczelki, może spowodować osadzenie się cząstek ściernych w miękkiej powłoce. Zawsze kładę nacisk na czyste ręce w rękawiczkach i czyste miejsce na scenę. Powłoka stanowi pierwszą linię obrony; złamanie go podczas montażu przypomina malowanie płotu po pęknięciu drewna.

Smarowanie to kolejna kwestia. Czy należy smarować uszczelkę pokrytą czarnym lakierem? Generalnie nie. Powłoka jest często zaprojektowana na określone tarcie. Dodanie niezgodnego smaru może spowodować uszkodzenie powłoki lub utworzenie śliskiej powierzchni, która sprzyja wydmuchaniu uszczelki pod ciśnieniem. Powierzchnie kołnierzy powinny być czyste i suche, chyba że producent uszczelki specjalnie zaleca środek przeciwzatarciowy (zwykle tylko dla niektórych typów grafitu lub PTFE). Jest to kolejny obszar, w którym założenie, że wszystkie czarne uszczelki są takie same, prowadzi do problemów.

Bycie świadkiem pierwszego wzrostu ciśnienia mówi wiele. Dobra, trwała uszczelka będzie pasować i trzymać. Czasami w przypadku nowego typu można zauważyć lekkie wyciekanie, które następnie zasklepia się w miarę dopasowywania się powłoki – zwykle jest to w porządku. Jednak utrzymujący się wyciek oznacza, że ​​coś jest nie tak: niewłaściwy materiał, niewystarczające obciążenie śrub, uszkodzona powłoka lub problemy z powierzchnią czołową kołnierza. Nie możesz po prostu zmniejszać momentu obrotowego; musisz zdiagnozować.

Co więc naprawdę oznacza trwałość?

Ostatecznie dla Czarna uszczelka o wysokiej wytrzymałościtrwałość oznacza, że zachowuje on swoją funkcję uszczelniającą przez zaprojektowany okres użytkowania w określonych warunkach. Czarna powłoka jest tego składnikiem, ale tylko jednym. Jego zadaniem jest ochrona podczas przechowywania i obsługi, zapewnienie stałego tarcia i zapewnienie początkowej odporności na korozję. Ciężkie podnoszenie odbywa się na podstawie granicy plastyczności metalu rdzenia, odporności na pełzanie i kompatybilności.

Oceniając, rozbijam to w myślach: 1) Materiał rdzenia dla środowiska chemicznego i termicznego. 2) Konstrukcja (płaska, spiralna, z płaszczem) dla typu ciśnieniowego i kołnierzowego. 3) Rodzaj powłoki do obsługi i wstępnego uszczelnienia. 4) Procedura instalacji. Pominięcie któregokolwiek zagraża całemu systemowi. Uszczelka od wyspecjalizowanego producenta z skoncentrowanego obszaru przemysłowego, takiego jak dystrykt Yongnian, gdzie Zapięcie Handan Zitai działa, często ma tę zaletę, że zintegrowana produkcja od drutu/półfabrykatu do gotowego produktu, co może oznaczać lepszą spójność materiału rdzenia – jego najbardziej krytycznej części.

W końcu nie daj się zahipnotyzować kolorem. Najpierw określ wymagania dotyczące wydajności, a następnie sprawdź, jaka obróbka powierzchni, jeśli taka istnieje, pasuje. Najtrwalsza uszczelka to ta, o której zapominasz po montażu, bo po prostu działa, niezależnie od tego, czy jest czarna, srebrna, czy zwykły metal. Kolor ma służyć naszej wygodzie w magazynie, a nie maszynie. Maszyna dba tylko o uszczelkę.