Înțelegerea coroziunii în rulmenți și angrenaje
Gropituri este formarea de mici cavități, cratere sau depresiuni pe suprafața de lucru a rulmenților, a elementelor rulante sau a dinților din angrenaje. Aceasta apare din două mecanisme destul de distincte: coroziune prin oboseală, produsul din stadiul incipient al oboselii la contactul de rulare, și coroziune pitting, rezultatul unui atac electrochimic care îndepărtează material de pe suprafață. La rulmenții cu elemente rulante, pittingul este considerat de obicei o formă timpurie sau ușoară de exfoliere; în cazul angrenajelor, este recunoscut ca un mod de defectare de sine stătător, separat de ruperea dinților sau de defectarea generală uzura angrenajului.
Indiferent de originea sa, pitting-ul introduce rugozități ale suprafeței și concentrații de tensiuni care generează vibrații și zgomot. Dacă nu este corectată, o groapă individuală devine un loc de inițiere a fisurilor, gropile se unesc în spall-uri mai mari, iar componenta se îndreaptă spre defecțiune. Depistarea timpurie - în timp ce daunele sunt încă mici și tendința este blândă - este scopul monitorizării.
1. Tipuri de pitting
Fiting de oboseală (mecanic)
Fitingul de oboseală se naște din contactul repetat de rulare și din ciclicitatea tensiuni subterane pe care o impune. Ea apare la două scări:
- Micropitting: gropi foarte mici, cu diametrul de aproximativ 10-50 micrometri, care dau suprafeței o textură gri mat, abia vizibilă cu ochiul liber. Se concentrează în zonele cu tensiuni ridicate și este frecvent întâlnită la angrenajele care utilizează pelicule subțiri de lubrifiant și la rulmenții de mare viteză. În funcție de condiții, poate să se stabilizeze sau să evolueze spre macropitting.
- Macropitting (pitting inițial): cratere clar vizibile cu un diametru de aproximativ 1-5 mm și o adâncime de 0,1-0,5 mm, formate atunci când o fisură de oboseală subterană se propagă la suprafață și ridică un fulg. De obicei, aceasta se dezvoltă în spalls mai mari și poate dura luni până la ani pentru a evolua spre defecțiune, care este exact fereastra pe care o exploatează monitorizarea stării.
Coroziune (chimică)
Punctele de coroziune provin mai degrabă din atacul electrochimic decât din încărcare. Umiditatea, acizii sau substanțele chimice de proces aflate în contact cu suprafața produc gropi superficiale, de culoarea ruginei, adesea pline cu produse de coroziune. Spre deosebire de pittingul de oboseală, acesta tinde să fie răspândit mai degrabă decât limitat la zona de încărcare și, deși începe, de obicei, mai puțin adânc decât un pitting de oboseală, fiecare cavitate acționează ca o sursă de tensiune care generează fisuri de oboseală ulterioare. Etanșarea eficientă și lubrifianții inhibați de coroziune sunt prima linie de apărare.
Detonări electrice
Detonarea electrică este cauzată de trecerea curentului prin rulment și formarea unui arc electric peste pelicula de ulei, topind mici cratere. Semnătura clasică este reprezentată de cratere foarte apropiate, dispuse în benzi regulate - un model de “canelură” în formă de tablă de spălat sau ondulată. Acest fenomen este frecvent la motoarele alimentate de VFD-uri cu împământare necorespunzătoare a arborelui, aceeași cauză principală care stă la baza multor defecțiuni electrice, și este de obicei recunoscută prin modelul său regulat distinctiv la inspecție.
2. Metode de detecție
Analiza vibrațiilor
Pitting-ul produce o progresie recunoscută a vibrațiilor. În stadiul incipient se adaugă o mică creștere a vibrațiilor de înaltă frecvență; pe măsură ce defectele cresc, se produc vibrații discrete frecvențele defectelor rulmenților apare - BPFO, BPFI sau BSF în funcție de suprafața deteriorată - iar amplitudinea și numărul armonicilor cresc. Analiza anvelopei este cel mai eficient instrument pentru detectarea zgârieturilor în stadiu incipient, deoarece demodulează impacturile repetitive slabe din fondul de bandă largă cu mult înainte ca acestea să domine imaginea obișnuită spectru.
Inspecție vizuală
Examinarea directă necesită dezasamblarea sau accesul cu boroscopul. Inspectorul caută zone gri mat (micropitting) sau cratere vizibile (macropitting), numără și măsoară gropile pentru a evalua gravitatea și le fotografiază pentru documentare și pentru a stabili tendințele pentru inspecțiile viitoare.
Analiza uleiului
Particule metalice de uzură într-un probă de ulei dezvăluie îndepărtarea activă a materialului. Ferografia distinge morfologia particulelor de zgârieturi de cea a uzurii obișnuite, iar o concentrație crescândă de particule confirmă faptul că deteriorarea progresează în loc să se stabilizeze.
Testare cu ultrasunete
Rugozitatea suprafeței din cauza pittingului crește ultrasonic iar detectoarele portabile pot urmări acest lucru în mod neinvaziv. Ecografia semnalează adesea probleme înainte ca simptomele vibrațiilor să fie clare, ceea ce o face o completare utilă a monitorizării spectrale.
3. Cauze și prevenire
Gropi de oboseală
- Rulment adecvat: selectați un rulment a cărui durată de viață L10 depășește cu mult durata de serviciu necesară.
- Lubrifierea corespunzătoare: menținerea unei grosimi sănătoase a peliculei (raport lambda mai mare de aproximativ 3) astfel încât asperitățile să nu se atingă.
- Curăţenie: țineți la distanță contaminarea care lovește suprafața și creează surse de tensiune.
- Aliniere: evitați încărcarea marginilor cauzată de nealiniere.
- Controlul încărcăturii: să reziste la supraîncărcări - durata de viață a rulmenților scade aproximativ cu cubul sarcinii.
Gropi de coroziune
- Etanșare eficientă: mențineți umezeala departe de cavitatea rulmentului.
- Lubrifiant adecvat: utilizați formulări cu inhibitori de coroziune.
- Materiale rezistente la coroziune: specificați rulmenți inoxidabili pentru service umed.
- Protecția stocării: protejați rulmenții de rezervă de umiditate.
- Prevenirea condensului: evitați ciclurile termice care produc condens în interiorul carcasei.
Detonări electrice
Prevenirea se axează pe menținerea curentului în afara rulmentului: împământarea corectă a arborelui la motoarele acționate de VFD, un rulment izolat la un capăt al mașinii, elemente rulante ceramice (neconductoare) și măsuri generale de eliminare sau reducere la minimum curenți de rulment.
4. Gropițe în angrenaje
Pe dinții angrenajelor, pittingul are un caracter propriu. Acestea apar pe flancurile dinților în zona de contact, concentrate în apropierea liniei de pas, unde rostogolirea și alunecarea se combină pentru a maximiza tensiunea de contact. Deteriorarea se manifestă prin vibrații ridicate la frecvența de angrenare, adesea flancat de benzi laterale distanțate la viteza de rulare a arborelui, împreună cu modificări audibile ale tonului și gropi vizibile pe flancuri. O cantitate modestă de așa-numite gropi “inițiale” poate fi acceptabilă în unele modele și poate chiar să se stabilizeze pe măsură ce suprafețele se conformează, dar gropirile excesive elimină suprafața portantă și duc în cele din urmă la ruperea dinților. Monitorizarea frecvenței ochiurilor de plasă și a benzilor sale laterale, alături de inspecția periodică a flancurilor, reprezintă rutina practică de detecție pentru familia mai largă de defecte ale angrenajului.
5. Evaluarea gravității și decizii
Pentru rulmenți, severitatea este în general evaluată în funcție de cât de mult este afectată zona de încărcare:
- Început: câteva micropite dispersate, sub aproximativ 5% din zona de încărcare.
- Aprinde: gropi vizibile pe aproximativ 5-25% din zona de încărcare.
- Moderat: gropi extinse pe 25-50% din zonă, care încep să coalescă.
- Severă: peste 50% afectat de gropi care se unesc în spalls - înlocuire imediată.
Aceste grade se referă la acțiuni clare. Deteriorarea incipientă până la ușoară poate continua în serviciu sub monitorizare; deteriorarea moderată necesită o schimbare planificată în decurs de una până la trei luni; deteriorarea severă trebuie înlocuită cu prima ocazie; iar progresia rapidă însoțită de vibrații sau temperaturi ridicate justifică o oprire de urgență. Setarea alarmei sensibile și a niveluri de deplasare față de aceste etape și urmărirea tendinţă în timp, transformă măsurarea brută într-o decizie de întreținere.
6. Unde se încadrează pittingul și cum ajută echilibrarea
Picarea este o etapă intermediară importantă în degradarea componentelor - mai gravă decât uzura generală a suprafeței, dar adesea ușor de gestionat atunci când este depistată la timp. De asemenea, rareori acționează singură: încărcarea marginilor din cauza nealinierii sau a rezonanţă accelerează oboseala, la fel ca și sarcina dinamică crescută a rulmenților care provine de la rotor dezechilibra. Menținerea unui rotor bine echilibrat este, prin urmare, o parte din prevenirea pittingului prematur, iar un analizor portabil cu două canale, cum ar fi Balanset-1A își câștigă locul de două ori: rulează plic și diagnostice spectrale pentru depistarea timpurie a gropilor în rulmenți și angrenaje pe teren și realizează echilibrarea la fața locului care reduce tensiunile de contact prin rostogolire care determină deteriorarea. Împreună cu lubrifierea, etanșarea și alinierea corespunzătoare, această combinație permite unei echipe să identifice pittingul la timp și să intervină conform propriului program, cu mult înainte de alunecarea spre o fisurare catastrofală.
