Vzdržljivost črnega tesnila visoke trdnosti? 

Na kaj pomislite, ko slišite visoko trdno črno tesnilo? Mnogi takoj pomislijo na barvo – tisti mat ali včasih rahlo sijajni črni zaključek – in jo enačijo z vrhunsko zmogljivostjo. Ampak to je prva past. Barva je samo površinska obdelava, pogosto fosfatni ali oksidni premaz, včasih elastomerni premaz za posebna tesnila. Pravo vprašanje trajnosti ni v tem, kako barva se drži; gre za to, ali visoka trdnost jedrni material v kombinaciji s to površino lahko prenese specifično okolje, v katerega je vržen. Videl sem preveč projektov, pri katerih je ekipa določila črno tesnilo za visokotlačno prirobnico, zazibana z robustnim videzom, le da bi se soočila s prezgodnjo okvaro, ker se je osredotočila na estetiko in ne na sestavo materiala in servisne pogoje.

Jedro za barvo

Slečimo ga nazaj. Visoka trdnost se običajno nanaša na kovinsko jedro. Pogosto govorimo o vzmetnem jeklu (kot je nerjavno jeklo 301/304/316), ogljikovem jeklu ali včasih zlitinah bakra in niklja. Postopek črnenja, tako kot prevleka s cinkovim fosfatom na ogljikovem jeklu, zagotavlja predvsem odpornost proti koroziji in malo površinskega trenja za boljši oprijem. Materiala nizke kakovosti ne spremeni čarobno v visoko zmogljivega. Trdnost izhaja iz lastnosti in debeline kovine. Pogosta pomanjkljivost je določitev debeline brez upoštevanja porazdelitve obremenitve. 1,5 mm debelo, počrnjeno tesnilo 304SS je morda videti kot del, toda pod visoko obremenitvijo vijakov v neenakomerni prirobnici lahko popusti ali leze in izgubi svojo tesnilno moč. Črna prevleka je morda še nedotaknjena, kar daje lažen občutek varnosti, medtem ko je tesnilo že odpovedalo.

Spomnim se primera naknadne vgradnje izmenjevalnika toplote. Stranka je vztrajala pri spiralno navitem tesnilu iz ogljikovega jekla, prevlečenem s črnim oksidom, za napeljavo pregrete pare, pri čemer se je sklicevala na preteklo uspešno uporabo v napeljavi za vodo. Kroženje temperature in kemični kondenzat v parnem sistemu sta napadla jedro iz ogljikovega jekla pod prevleko. Prevleka je sama zdržala, vendar smo ugotovili, da so v kovinskih gubah po osmih mesecih nastale napetostne korozije. Trajnost črne površine je bila popolna sled. Prešli smo na spiralno navito iz nerjavečega jekla 316L, napolnjeno z grafitom, s črnim premazom, kar je rešilo težavo. Lekcija? Okolje – temperatura, mediji, pH, nihanje tlaka – narekuje material jedra. Barva je naključna.

Drug odtenek je lastna celovitost premaza. Vsi črni premazi niso enaki. Poceni, tanek fosfatni premaz se lahko obrabi med namestitvijo ali zaradi manjšega premika prirobnice, zaradi česar je gola kovina izpostavljena rji. Robustnejši črni elastomerni premaz, kot je fluoroelastomer, dodaja kemično odpornost, vendar je lahko temperaturno omejen. Vedeti morate, kaj kupujete. Dobavitelje pogosto prosim za specifikacije premazov – ali so v skladu z ASTM A380 za nerjavno jeklo? Je to lastniški polimer? Če tega ne morejo zagotoviti, je to rdeča zastava.

Tlak, temperatura in stiskanje

Vzdržljivost pod obremenitvijo je tisto, kjer se teorija sreča z mlinom. A tesnilo ni pasivna komponenta; to je zasnovan element, ki mora teči pod obremenitvijo vijaka, da zapolni nepopolnosti prirobnice, nato pa vzdrževati elastično okrevanje, da ohrani tesnjenje, ko se sistem segreje in pritiski nihajo. Črna prevleka vpliva na koeficient trenja. Večje trenje (ki ga zagotavljajo nekateri črni premazi) je lahko dobro za odpornost proti izbruhu, vendar lahko zahteva večji navor vijaka, da se doseže ustrezno začetno stiskanje. Če navor ni prilagojen, lahko premalo stisnete, kar vodi do puščanja že od prvega dne.

Na to smo naleteli na izpustnem vodu kompresorja. Monterji so uporabili črno prevlečeno tesnilo s kovinskim plaščem novega dobavitelja in uporabili svoje standardne vrednosti navora. Začetni hidrotest je bil uspešen, toda med delovanjem, s toplotnim ciklom, je prišlo do vztrajnega puščanja. Po razstavljanju je tesnilo pokazalo nepopoln odtis – prevleka se ni v celoti prenesla na ploskev prirobnice, kar kaže, da ni bila nikoli popolnoma stisnjena. Prevleka je bila debelejša in bolj oprijemljiva kot pri prejšnjem dobavitelju. Za enako nazivno velikost smo morali povečati navor za približno 15 %. To je majhna podrobnost, vendar je ubila vzdržljivost te namestitve, dokler tega nismo ugotovili.

Temperatura je drugi morilec. Tista lepa črna prevleka na standardnem tesnilu iz ogljikovega jekla je lahko v redu do 500 °F, nad tem pa se lahko razgradi, zgori ali sintra. Videl sem, da so se črni premazi spremenili v praškast pepel pri uporabi pri visoki vročini, pri čemer je kovinsko jedro ostalo izpostavljeno. Za visokotemperaturne storitve iščete specializirane visokotemperaturne barve ali, pogosteje, sprejemate, da bo premaz izgorel, in se zanašate na visokotemperaturno oksidacijsko odpornost same jedrne kovine, na primer pri uporabi 321SS ali Inconel. Črna barva je v teh primerih pogosto samo za začetno identifikacijo in preprečevanje rje med skladiščenjem, ne pa za delovanje med uporabo.

Napake v resničnem svetu in kaj učijo

Nič ne uči kot neuspeh. Spominjam se serije s črnim oksidom prevlečenih ploščatih obročnih tesnil za razdelilnik za kemično obdelavo. Material je bil pravi (316SS), nazivni tlak je bil v redu. Odpovedali so v nekaj tednih zaradi luknjičaste korozije pod premazom. Osnovni vzrok? Kloridi v procesnem toku. Čeprav je premaz iz črnega oksida na nerjavnem jeklu dober za splošno odpornost proti koroziji, lahko včasih povzroči razpoke, če ni pravilno nanesen. Kloridi, ujeti v mikrorazpokah prevleke, so povzročili luknjičasto in razpokano korozijo nerjavnega jekla pod njim. Prevleka je dejansko prispevala k napaki. Prešli smo na navadno, dekapirano in pasivirano tesnilo 316SS brez premaza in težava je izginila. Včasih najbolj vzdržljiv zaključek sploh ni.

Druga klasika je galvanska korozija. Črno prevlečeno tesnilo iz ogljikovega jekla, ki se uporablja med dvema prirobnicama iz nerjavečega jekla. Prevleka se med namestitvijo opraska na luknjah za vijake ali robovih. Zdaj imate majhno anodo (ogljikovo jeklo), ki se dotika velike katode (nerjaveče) v prevodnem okolju. Ogljikovo jeklo hitro korodira in požre nosilni del tesnila. Črna prevleka je videti v redu na 90 % površine, vendar je tesnilo na kritičnih robovih ogroženo. Zato je združljivost materialov prvi korak, o katerem se ni mogoče pogajati, veliko bolj pomemben kot barva površine.

Zaradi teh izkušenj sem globoko skeptičen do katerega koli kataloga, ki navaja samo črno tesnilo kot ključno lastnost. Prave specifikacije – ASME B16.20, B16.21, certifikati materiala (na primer od uglednega proizvajalca, kot je npr. Handan Zitai Fastener Manufacturing Co., Ltd., s sedežem v glavnem kitajskem središču za proizvodnjo pritrdilnih elementov s trdno logistično mrežo), so pomembne ocene tlaka in temperature ter specifikacije premazov. Spletna stran https://www.zitaifasteners.com lahko navede njihove izdelke, vendar se pravi pogovor začne, ko vprašate za poročila o preskusih za njimi črno tesnilo oglasi.

Instalacija – Trenutek resnice

Vzdržljivost se kuje tudi med montažo. Črno prevlečeno tesnilo je lahko bolj dovzetno za poškodbe pri rokovanju. Če pade na betonska tla, se lahko premaz pokvari. Če uporabite žično krtačo za čiščenje stare prirobnice in nato nanjo položite novo tesnilo, se lahko abrazivni delci vdelajo v mehko prevleko. Vedno vztrajam pri čistih rokah z rokavicami in čistem odrskem prostoru. Premaz je prva obrambna linija; če ga med namestitvijo zlomite, je kot barvati ograjo, potem ko ste že počili les.

Mazanje je še ena točka. Ali bi morali podmazati črno prevlečeno tesnilo? Na splošno ne. Prevleka je pogosto zasnovana za določeno trenje. Če dodate nezdružljivo mazivo, lahko poškodujete premaz ali ustvarite spolzko površino, ki spodbuja izpihovanje tesnila pod pritiskom. Strani prirobnic morajo biti čisti in suhi, razen če proizvajalec tesnila posebej priporoča zaščito pred zagozditvijo (običajno samo za nekatere vrste grafita ali PTFE). To je še eno področje, kjer predpostavka, da so vsa črna tesnila enaka, povzroči težave.

Priča prvemu pritisku je zgovorna. Dobro, vzdržljivo tesnilo bo sedelo in držalo. Včasih boste pri novi vrsti morda opazili rahlo jokanje, ki se nato zapre, ko se premaz prilagodi – to je običajno v redu. Toda vztrajno puščanje pomeni, da je nekaj narobe: napačen material, nezadostna obremenitev vijaka, poškodovana prevleka ali težave s površino prirobnice. Ne morete kar naprej vrteti navzdol; moraš diagnosticirati.

Torej, kaj v resnici pomeni trajno?

Navsezadnje za a visoko trdno črno tesnilo, vzdržljivost pomeni, da ohrani svojo tesnilno funkcijo v načrtovani življenjski dobi pod določenimi pogoji. Črni premaz je sestavni del tega, a le eden. Njegova naloga je zaščititi med shranjevanjem in ravnanjem, zagotoviti dosledno trenje in ponuditi nekaj začetne odpornosti proti koroziji. Težko dvigovanje je posledica meje tečenja, odpornosti proti lezenju in združljivosti kovinskega jedra.

Pri ocenjevanju ga v mislih razčlenim: 1) Osnovni material za kemijsko in toplotno okolje. 2) Zasnova (ravna, spiralno navita, s plaščem) za tip tlaka in prirobnice. 3) Vrsta premaza za rokovanje in začetno tesnjenje. 4) Postopek namestitve. Manjka katerega koli, ogrozi celoten sistem. Tesnilo specializiranega proizvajalca v zgoščenem industrijskem območju, kot je okrožje Yongnian, kjer Pritrdilni element Handan Zitai deluje, ima pogosto prednost integrirane proizvodnje od žice/zaloge do končnega izdelka, kar lahko pomeni boljšo doslednost v tem osnovnem materialu – najbolj kritičnem delu.

Na koncu naj vas barva ne hipnotizira. Najprej določite zahteve glede zmogljivosti, nato pa preverite, kakšna površinska obdelava, če sploh, ustreza. Najbolj vzdržljivo tesnilo je tisto, na katerega po namestitvi pozabite, ker preprosto deluje, ne glede na to, ali je črno, srebrno ali navadno kovinsko. Barva je za naše udobje v skladišču, ne za stroj. Stroj skrbi le za tesnjenje.