Înțelegerea coroziunii în mașinile rotative
Coroziune este deteriorarea treptată a suprafețelor metalice prin reacții electrochimice sau chimice cu mediul înconjurător, rezultând pierderi de material, rugozitatea suprafeței, ciupituri, precum și deteriorarea componentelor mecanice. În cazul mașinilor rotative, aceasta afectează arborii, rulmenții, angrenajele, carcasele și elementele structurale, generând concentrări de tensiuni care pot provoca oboseală crăpături, suprafețe rugoase care accelerează uzurăși — în cazuri grave — poate provoca defectarea directă a structurii prin pierderea materialului portant. Deși este adesea considerată un mecanism de degradare lentă, pe termen lung, coroziunea poate accelera brusc defectarea mecanică, motiv pentru care trebuie controlată prin alegerea atentă a materialelor, aplicarea de acoperiri protectoare, controlul condițiilor de mediu și utilizarea lubrifianților cu inhibitori de coroziune.
1. Definiție: Ce este coroziunea?
În esență, coroziunea reprezintă transformarea unui metal pur într-un compus cu energie mai scăzută și mai stabil — de obicei un oxid, un hidroxid sau o sare. Cea mai mare parte a coroziunii industriale este electrochimice: este nevoie de un anod (unde metalul se dizolvă), un catod (unde are loc o reacție de reducere), o cale metalică între acestea și un electrolit, cum ar fi umezeala, condensul sau fluidul de proces. Dacă se elimină oricare dintre aceste elemente, reacția se oprește, acesta fiind principiul care stă la baza aproape tuturor strategiilor de prevenire prezentate mai jos.
Coroziunea acționează rareori singură. În cazul echipamentelor rotative, aceasta se combină de obicei cu solicitările mecanice, astfel încât pericolul real nu constă doar în reducerea grosimii pereților, ci și în modul în care coroziunea declanșează și alimentează alte tipuri de defecte — fisurarea prin oboseală, abraziunea uzură, pierderea ajustajului și degradarea lubrifiantului. Un arbore care își pierde câteva zecimi de milimetru din cauza ruginii generale poate să nu fie afectat, dar același arbore, dacă prezintă o singură cavitate de coroziune adâncă la nivelul canelurii de fixare, poate suferi o defecțiune gravă.
2. Tipuri de coroziune la utilaje
Coroziune uniformă (generală)
- Aspect: Atac uniform al suprafeței pe întreaga zonă expusă.
- Exemplu: Ruginirea suprafețelor din oțel carbon neprotejate.
- Rată: Previzibil, exprimat ca pierdere materială anuală (mils pe an sau mm/an).
- Efect: Reducerea treptată a grosimii peretelui și o creștere generală a rugozității suprafeței.
- Risc: Cea mai puțin periculoasă formă, deoarece evoluția este vizibilă și previzibilă și poate fi luată în calcul prin aplicarea unei marje de coroziune.
Coroziune punctiformă
- Aspect: Leziune localizată care produce mici cavități sau adâncituri.
- Mecanism: Deteriorarea peliculei pasive de protecție în anumite puncte, unde un anod minuscul provoacă o pierdere profundă și concentrată de metal.
- Pericol: Fiecare cavitate acționează ca un punct de concentrare a tensiunilor care poate declanșa o oboseală fisură — mult mai dăunătoare decât ar sugera volumul redus pierdut.
- Comun pe: Oțeluri inoxidabile și aluminiu în medii cu cloruri.
- Detectare: Inspecția vizuală și testarea cu curenți turbionari.
Coroziune în crevasă
- Locaţie: În spațiile libere, sub garnituri și în racordurile filetate.
- Mecanism: Soluția stagnantă prinsă într-o crăpătură rămâne fără oxigen și devine agresivă din punct de vedere chimic.
- Natura ascunsă: Adesea invizibil fără a fi demontat.
- Comun la: Flanșe, sub garniturile inelare și la baza filetului.
Coroziune galvanică
- Cauza: Două metale diferite aflate în contact electric în prezența unui electrolit.
- Exemplu: Un arbore din oțel care se rotește într-un rulment din bronz contaminat cu apă.
- Efect: Metalul mai anodic (mai activ din punct de vedere electrochimic) se corodează în mod preferențial, în timp ce metalul mai nobil este protejat.
- Prevenire: Izolați electric metalele incompatibile sau alegeți materiale care se află aproape unul de altul în seria galvanică.
Fisurarea prin coroziune sub tensiune (SCC)
- Mecanism: Solicitarea de întindere continuă, combinată cu un mediu coroziv specific, determină propagarea fisurilor.
- Pericol: Poate provoca ruperea bruscă, cu aspect fragil, la solicitări cu mult sub limita de curgere a materialului.
- Combinații frecvente: Oțel inoxidabil cu cloruri; alamă cu amoniac.
- Prevenire: Alegerea materialelor, eliminarea tensiunilor și controlul condițiilor de mediu.
Coroziune prin frecare
- Mecanism: Mișcările microscopice, combinate cu coroziunea, la îmbinările prin presare sau la îmbinările cu șuruburi, unde alunecările repetate, chiar și minime, zgârie și reoxidează suprafața.
- Aspect: Oxid de fier de culoare maro-roșcat („cacao”) sau o pulbere fină neagră.
- Efect: Slăbește fixările cu interferență și deteriorează suprafețele de contact.
- Comun la: Interfețele rulment-arbore și asamblările prin contracție supuse vibrații.
3. Efectele asupra componentelor utilajelor
Rulmenți
- Apariția punctelor de coroziune la suprafață declanșează oboseala materialului exfoliere pe căile de rulare și elementele de rulare.
- Resturile rezultate din coroziune acționează ca un material abraziv străin în interiorul rulmentului.
- Produsele de coroziune contaminează lubrifiantul și deteriorează pelicula de ulei.
- Durata de viață a rulmenților poate fi redusă semnificativ — sunt posibile reduceri de 50–90%.
Arbori
- Punctele de coroziune acționează ca puncte de inițiere a fisurilor de oboseală, fiind precursorul unei rotor fisurat.
- Pierderea de secțiune reduce diametrul efectiv și rezistența.
- Rugozitatea suprafeței afectează funcționarea rulmenților și a garniturilor.
- Frecarea la asamblările prin presare slăbește componentele montate și modifică echilibrul rotorului.
Angrenaje
- Coroziunea suprafeței dinților accelerează oboseala prin contact (coroziune punctiformă).
- O rugozitate crescută a suprafeței duce la creșterea zgomotului și a pierderilor de angrenare.
- Flancurile corodate rețin slab lubrifiantul, agravând procesul de uzură.
- Coroziunea rădăcinii dentare reduce rezistența la încovoiere — vezi și defecte ale angrenajului.
Componente structurale
- Capacitate redusă de încărcare din cauza pierderii secțiunii transversale.
- Concentrarea tensiunilor la punctele de coroziune.
- Aspect deteriorat și fiabilitate generală redusă.
- Coroziunea șuruburilor de ancorare ale fundației care provoacă defecte mecanice joc axial și reduce rigiditatea suportului.
4. Metode de detectare
Inspecție vizuală
- Verificați dacă există rugină, decolorări sau coroziune punctiformă.
- Verificați dacă există urme de coroziune — depuneri de culoare albă, verde sau roșie.
- Verificați dacă elementele de fixare prezintă urme de rugină sau semne de uzură.
- Fii atent la apariția scurgerilor la îmbinări, un semn revelator al coroziunii ascunse în fisuri.
Analiza vibrațiilor
Coroziunea nu este o cauză principală a zgomotului de joasă frecvență vibrații, dar consecințele sale mecanice sunt foarte vizibile pentru un program de analiză a vibrațiilor:
- Suprafețele aspre din cauza coroziunii generează vibrații de înaltă frecvență în bandă largă.
- Coroziunile punctiforme produc urme de impact similare cu defectele mecanice localizate.
- Efectele secundare sunt cele mai importante: o fisură provocată de coroziune generează caracteristica 2× armonic creșterea unei fisuri pe arbore și rulmenții corodați prezintă semne clasice defect de rulment frecvențe.
Deoarece simptomele apar treptat, periodic tendințe Monitorizarea nivelurilor generale și a benzilor de frecvență ale rulmenților reprezintă cea mai eficientă metodă de a depista deteriorările cauzate de coroziune înainte ca acestea să se agraveze.
Testare nedistructivă
Atunci când se suspectează coroziune, teste nedistructive o cuantifică direct:
- Testarea cu ultrasunete: măsoară grosimea rămasă a peretelui.
- Curentul Foucault: detectează coroziunea de suprafață și coroziunea punctiformă prin intermediul unui sondă cu curenți turbionari.
- Particule magnetice: evidențiază fisuri superficiale cauzate de coroziune.
- Radiografie: prezintă coroziune internă în zone inaccesibile.
Analiza uleiului
Analiza uleiului surprinde chimia înainte ca mecanica să cedeze:
- Determinarea conținutului de apă (testul Karl Fischer).
- Contaminanți corozivi, precum acizii și sărurile.
- Particule metalice eliberate în urma coroziunii.
- Testarea pH-ului pentru a identifica condițiile acide care favorizează coroziunea.
5. Prevenirea și controlul
Selecția materialelor
- Aliaje rezistente la coroziune: Oțel inoxidabil, bronz, aliaje speciale pentru medii dure
- Compatibilitatea materialelor: evitați cuplurile galvanice sau izolați metalele diferite.
- Selectarea clasei: să alegeți aliajul potrivit pentru mediul coroziv respectiv.
Acoperiri de protecție
- Vopsea: protecție împotriva coroziunii pentru oțelul de construcții.
- Placare: crom, nichel sau zinc pentru suprafețele critice.
- Galvanizare: acoperire cu zinc pentru utilizare în exterior sau în medii umede.
- Acoperiri speciale: Spray epoxidic, ceramic, termic pentru condiții severe
Lubrifiere
- Folosiți lubrifianți care conțin inhibitori de rugină și coroziune.
- Îndepărtați umezeala și impuritățile din sistem.
- Mențineți un strat continuu de ulei care să protejeze suprafața — a se vedea lubrifierea rulmenților.
- Schimbați uleiul la intervalele recomandate pentru a elimina apa și acizii acumulați.
Controlul mediului
- Etanșare eficientă pentru a împiedica pătrunderea umezelii.
- Dezumidificare pentru echipamente închise.
- Ventilație pentru prevenirea formării condensului.
- Carcase pentru echipamente de exterior.
- Controlul temperaturii pentru a evita ciclurile repetate de condensare.
Practici de proiectare
- Evitați crăpăturile în care coroziunea se poate ascunde și concentra.
- Asigurați un sistem de drenaj pentru a împiedica acumularea umezelii.
- Proiectat pentru a permite accesul în vederea curățării și inspectării.
- Utilizați anodi de sacrificiu acolo unde protecția catodică este indicată.
6. Coroziunea și fluxul de lucru de echilibrare
Coroziunea afectează în tăcere calitatea echilibrului. Materialul pierdut de pe o parte a unui rotor, depunerile de murdărie pe zonele corodate sau o greutate de echilibrare care se deplasează pe o fixare uzată și slăbită modifică distribuția masei și cresc valoarea 1× dezechilibra răspuns. Din acest motiv, un rotor care a suferit coroziune în timpul funcționării trebuie verificat din nou după curățare sau reparație, în loc să se considere că este în stare bună. În practică, această operațiune se efectuează fără demontare, folosind un analizor portabil cu două canale, cum ar fi Balanset-1A, care măsoară amplitudinea și faza la 1× în rulmenții proprii ai mașinii, vă permite să corectați noul punct greu și verifică dezechilibru rezidual în raport cu clasa corespunzătoare din standardul ISO 21940-11. Combinarea acestei verificări a vibrațiilor cu măsurarea grosimii peretelui prin metode NDT oferă o imagine completă atât asupra stării mecanice, cât și asupra stării structurale a unui rotor corodat.
Coroziunea, deși este în primul rând un proces chimic, are consecințe mecanice profunde asupra utilajelor rotative. Rolul său în apariția fisurilor de oboseală, accelerarea uzurii și generarea defectelor de suprafață face ca prevenirea — prin alegerea corectă a materialelor, măsuri de protecție și controlul mediului — să fie esențială pentru fiabilitatea și siguranța pe termen lung.
