איטום מפרק אוגן - מדוע חומר 304 אינו מומלץ לברגים?
כאשר משתמשים באוגני פלדת פחמן או נירוסטה עם 304 ברגי חומר באיטום מפרק האוגן, בעיות דליפה מתרחשות לעתים קרובות במהלך המבצע. הרצאה זו תעשה ניתוח איכותי של זה.
(1) מהם ההבדלים הבסיסיים בין חומרים של 304, 304 ליטר, 316 ו-316 ליטר?
304, 304L, 316 ו- 316L הם ציוני הנירוסטה הנפוצים בשימוש במישקים אוגנים כולל אוגנים, אלמנטים איטום ומהדקים.
304, 304L, 316 ו- 316L הם הכינויים של פלדת אל-חלד של התקן האמריקאי לחומרים (ANSI או ASTM), השייכים לסדרת 300 של פלדות אל-חלד אוסטניות. הציונים המתאימים לתקני החומרים המקומיים (GB/T) הם 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). סוג זה של נירוסטה מכונה בדרך כלל באופן קולקטיבי 18-8 נירוסטה.
ראה טבלה 1, 304, 304L, 316 ו- 316L הם בעלי תכונות פיזיקליות, כימיות ומכניות שונות עקב הוספת אלמנטים וכמויות סגסוגת. בהשוואה לנירוסטה רגילה, יש להם עמידות טובה בפני קורוזיה, עמידות בחום וביצועי עיבוד . עמידות הקורוזיה של 304L דומה לזו של 304, אך מכיוון שתכולת הפחמן של 304L נמוכה מזו של 304, עמידותה בפני קורוזיה בין-גרעינית חזקה יותר. 316 ו-316L הן פלדות אל-חלד המכילות מוליבדן. בשל תוספת של מוליבדן, עמידות קורוזיה שלהם עמידות בחום טובים יותר מאלה של 304 ו 304L. באותו אופן, מכיוון שתכולת הפחמן של 316L נמוכה מזו של 316, יכולתה להתנגד לקורוזיה גבישית טובה יותר. פלדות אל-חלד אוסטניות כגון 304, 304L, 316 ו- 316L הן בעלות חוזק מכני נמוך. חוזק תפוקת טמפרטורת החדר של 304 הוא 205MPa, 304L הוא 170MPa; חוזק התפוקה בטמפרטורת החדר של 316 הוא 210MPa, ו- 316L הוא 200MPa. לכן, הברגים עשויים מהם שייכים ברגים כיתה כוח נמוך.
טבלה 1 תכולת פחמן, % חוזק תפוקה בטמפרטורת החדר, MPa טמפרטורת שירות מקסימלית מומלצת, °C
304 ≤0.08 205 816
304 ליטר ≤0.03 170 538
316 ≤0.08 210 816
316L ≤0.03 200 538
(2) מדוע מפרקי אוגן לא ישתמשו בברגים של חומרים כגון 304 ו-316?
כפי שצוין בהרצאות הקודמות, מפרק האוגן מפריד תחילה את משטחי האיטום של שני האוגנים עקב פעולת הלחץ הפנימי, וכתוצאה מכך ירידה מקבילה בלחץ האטם, ושנית, הרפיה של כוח הבריח עקב הרפיית זחילה של האטם או זחילת הבורג עצמו בטמפרטורה גבוהה , גם מפחית את הלחץ של האטם, כך מפרק האוגן דולף ונכשל.
בפעולה בפועל, הרפיית כוח הבורג היא בלתי נמנעת, וכוח הבריח ההידוק הראשוני תמיד יירד עם הזמן. במיוחד עבור מפרקי אוגן בטמפרטורה גבוהה ותנאי מחזור קשים, לאחר 10,000 שעות של פעולה, אובדן עומס הבורג יעלה לעתים קרובות על 50%, והוא ייחלש עם המשך הזמן ועליית הטמפרטורה.
כאשר האוגן והבורג עשויים מחומרים שונים, במיוחד כאשר האוגן עשוי מפלדת פחמן והבורג עשוי מפלדת אל-חלד, מקדם ההתפשטות התרמית 2 מחומר הבורג והאוגן שונה, כגון מקדם ההתפשטות התרמית של נירוסטה ב-50°C (16.51×10-5/°C) גדול ממקדם ההתפשטות התרמית של פלדת פחמן (11.12×10-5/°C). לאחר חימום המכשיר, כאשר הרחבת האוגן קטנה מהרחבת הבורג, לאחר תיאום העיוות, התארכות הבורג פוחתת, וגורמת לכוח הבורג לרדת. אם יש רפיון כלשהו, הוא עלול לגרום לדליפה במפרק האוגן. לכן, כאשר אוגן הציוד בטמפרטורה גבוהה ואוגן הצינור מחוברים, במיוחד מקדמי ההתפשטות התרמית של חומרי האוגן והבורג שונים, מקדמי ההתפשטות התרמית של שני החומרים צריכים להיות קרובים ככל האפשר.
ניתן לראות מ-(1) כי החוזק המכני של נירוסטה אוסטנית כגון 304 ו-316 הוא נמוך, וחוזק התשואה בטמפרטורת החדר של 304 הוא רק 205MPa, וזה של 316 הוא רק 210MPa. לכן, על מנת לשפר את היכולת נגד הרפיה ואנטי עייפות של ברגים, צעדים כדי להגדיל את כוח הבריח של ברגים ההתקנה נלקחים. לדוגמה, כאשר נעשה שימוש בכוח בורג ההתקנה המרבי בפורום המעקב, נדרש כי הלחץ של ברגי ההתקנה מגיע ל -70% מחוזק התשואה של חומר הבורג , כך שיש לשפר את דרגת החוזק של חומר הבורג, ולהשתמש בחומרי בורג פלדה מסגסוגת חוזק גבוה או בינוני. ברור, למעט ברזל יצוק, אוגנים לא מתכתיים או אטמי גומי, עבור אטמים מתכתיים למחצה ומתכתיים עם אוגנים בלחץ גבוה יותר או אטמים עם מתח גדול יותר, ברגים עשויים מחומרים בעלי חוזק נמוך כגון 304 ו 316, בשל כוח בורג לא מספיק כדי לעמוד בדרישות האיטום. מה שזקוק לתשומת לב מיוחדת כאן הוא שבתקן חומר בורג הנירוסטה האמריקאי, 304 ו -316 יש שתי קטגוריות, כלומר B8 Cl.1 ו- B8 Cl.2 של 304 ו- B8M Cl.1 ו- B8M Cl.2 של 316. Cl.1 הוא תמיסה מוצקה המטופלת בקרבידים, ואילו Cl.2 עובר טיפול לחיזוק מתח בנוסף לטיפול בתמיסה מוצקה. למרות שאין הבדל מהותי בעמידות הכימית בין B8 Cl.2 ל- B8 Cl.1, החוזק המכני של B8 Cl.2 משופר במידה ניכרת ביחס ל- B8 Cl.1, כגון B8 Cl.2 בקוטר של 3/4 " חוזק התשואה של חומר הבורג הוא 550MPa, בעוד שחוזק התשואה של חומר הבורג B8 Cl.1 בכל הקטרים הוא רק 205MPa, ההבדל בין השניים הוא יותר מפעמיים. תקני חומרי הברגים המקומיים 06Cr19Ni10(304), 06Cr17Ni12Mo2(316) ו- B8 Cl.1 שקולים ל- B8M Cl.1. [הערה: חומר הברגים S30408 ב- GB/T 150.3 "כלי לחץ חלק שלישי עיצוב" שווה ערך ל- B8 Cl.2; S31608 שווה ערך ל-B8M Cl.1.
לאור הסיבות לעיל, GB / T 150.3 ו- GB / T38343 "תקנות טכניות להתקנה משותפת של אוגן" קובעות כי האוגנים של ציוד לחץ ומפרקי אוגן צינור אינם מומלצים לשימוש הרגיל 304 (B8 Cl.1) ו- 316 (B8M Cl. . . 1) ברגים של חומרים, במיוחד בטמפרטורה גבוהה ובתנאי מחזור קשים, צריכים להיות מוחלפים ב- B8 Cl.2 (S30408) ו- B8M Cl.2 כדי למנוע כוח בורג התקנה נמוך.
ראוי לציין כי כאשר חומרים בורג כוח נמוך כגון 304 ו 316 משמשים, גם במהלך שלב ההתקנה, כי המומנט אינו נשלט, הבריח עשוי להיות עולה על כוח התשואה של החומר, או אפילו שבור. מטבע הדברים, אם מתרחשת דליפה במהלך בדיקת הלחץ או תחילת הפעולה, גם אם הברגים ממשיכים להיות מהודקים, כוח הבריח לא יעלה ולא ניתן לעצור את הדליפה. בנוסף, לא ניתן לעשות שימוש חוזר בברגים אלה לאחר פירוקם, מכיוון שהברגים עברו עיוות קבוע, וגודל החתך של הברגים הפך קטן יותר, והם מועדים להישבר לאחר התקנה מחדש.
