Hiểu về sự ăn mòn trong máy móc quay
Ăn mòn là sự suy thoái dần dần của bề mặt kim loại thông qua các phản ứng điện hóa hoặc hóa học với môi trường, dẫn đến mất vật liệu, bề mặt nhám, rỗ, và suy yếu của các thành phần cơ học. Trong máy móc quay nó tấn công các trục, vòng bi, bánh răng, vỏ và các phần tử kết cấu, tạo ra sự tập trung ứng suất có thể khởi động Mệt mỏi các vết nứt, bề mặt gồ ghề tăng tốc mặc, và — trong các trường hợp nghiêm trọng — gây ra hỏng hóc kết cấu trực tiếp do mất mát vật liệu chịu tải. Nó thường được coi là một cơ chế suy thoái chậm, dài hạn, nhưng nó có thể tăng tốc độ hỏng hóc cơ học một cách đột ngột, đó là lý do tại sao nó phải được kiểm soát thông qua lựa chọn vật liệu cẩn thận, lớp phủ bảo vệ, kiểm soát môi trường và các chất bôi trơn ức chế ăn mòn.
1. Định nghĩa: Ăn mòn là gì?
Về cơ bản, ăn mòn là sự quay trở lại của một kim loại tinh chế thành một hợp chất ở mức năng lượng thấp hơn, ổn định hơn — thường là một oxit, hydroxide hoặc muối. Hầu hết ăn mòn công nghiệp là electrochemical: nó yêu cầu một anode (nơi kim loại bị hòa tan), một cathode (nơi xảy ra phản ứng khử), một đường dẫn kim loại giữa chúng và một chất điện giải như độ ẩm, ngưng tụ nước hoặc chất lỏng quá trình. Loại bỏ bất kỳ cái nào trong số này và phản ứng sẽ dừng lại, đây là nguyên lý đằng sau hầu hết các chiến lược phòng chống ở dưới đây.
Ăn mòn hiếm khi hoạt động một mình. Trong thiết bị quay, nó thường kết hợp với tải cơ học, do đó nguy hiểm thực tế không chỉ là mất độ dày thành mà còn cách ăn mòn tạo điều kiện và nuôi dưỡng các chế độ hỏng hóc khác — xốc mệt, mài mòn mặc, mất độ khít khao, và suy thoái chất bôi trơn. Một trục mất vài phần mười milimét do gỉ chung có thể không bị ảnh hưởng, nhưng cùng một trục có một hố ăn mòn sắc nhọn ở một rãnh khóa có thể bị hỏng hoàn toàn.
2. Các loại ăn mòn trong máy móc
Ăn Mòn Đều (Ăn Mòn Chung)
- Vẻ bề ngoài: Tấn công bề mặt đều trên toàn bộ khu vực tiếp xúc.
- Ví dụ: Gỉ xuất hiện trên các bề mặt thép carbon không được bảo vệ.
- Tỷ lệ: Có thể dự đoán được, được định lượng dưới dạng tổn thất vật liệu mỗi năm (mils mỗi năm, hoặc mm/năm).
- Tác dụng: Giảm dần độ dày thành và tăng độ nhám bề mặt tổng quát.
- Rủi ro: Dạng ít nguy hiểm nhất, bởi vì sự phát triển là rõ ràng và có thể dự đoán được và có thể được thiết kế với dung sai ăn mòn.
Ăn Mòn Đốc (Pitting Corrosion)
- Vẻ bề ngoài: Tấn công cục bộ tạo ra các lỗ nhỏ hoặc sâu lõm.
- Cơ chế: Phá vỡ lớp bề mặt thụ động bảo vệ tại các điểm cụ thể, nơi một anode nhỏ gây ra mất kim loại sâu và tập trung.
- Sự nguy hiểm: Mỗi hố hoạt động như một tập trung ứng suất có thể khởi động một Mệt mỏi nứt — gây hại nhiều hơn so với thể tích mất đi nhỏ của nó.
- Common on: Các loại thép không gỉ và nhôm trong môi trường chứa clorua.
- Phát hiện: Kiểm tra trực quan và thử nghiệm dòng xoáy.
Ăn Mòn Khe Hở
- Vị trí: Trong các khoảng trống, dưới các vòng đệm và trong các kết nối có ren.
- Cơ chế: Dung dịch tĩnh mắc kẹt trong một khe hở trở nên thiếu oxy và bốc hơi hóa học tích cực.
- Bản chất ẩn giấu: Thường không nhìn thấy nếu không tháo rời.
- Common at: Các mặt bích, dưới các vòng chữ O, và tại các gốc ren.
Ăn Mòn Galvanic
- Gây ra: Hai kim loại khác nhau tiếp xúc điện với nhau khi có chất điện giải.
- Ví dụ: Một trục thép chạy trong một ổ trục đồng với nhiễm nước.
- Tác dụng: Kim loại điện tích hơn (hoạt động điện hóa hơn) bị ăn mòn ưu tiên trong khi kim loại quý được bảo vệ.
- Phòng ngừa: Cách ly các kim loại khác nhau về mặt điện, hoặc chọn các vật liệu nằm sát nhau trong chuỗi galvanic.
Nứt Do Ăn Mòn Dưới Tác Dụng Ứng Suất (SCC)
- Cơ chế: Ứng suất căng dai dụng kết hợp với một môi trường ăn mòn cụ thể thúc đẩy sự phát triển của vết nứt.
- Sự nguy hiểm: Có thể gây ra hỏng hóc đột ngột, có vẻ như dễ vỡ ở mức ứng suất thấp hơn đáng kể so với cường độ chảy của vật liệu’s.
- Các kết hợp phổ biến: Thép không gỉ với chloride; đồng thau với ammonia.
- Phòng ngừa: Lựa chọn vật liệu, giải phóng ứng suất và kiểm soát môi trường.
Ăn Mòn Do Rung Lắc
- Cơ chế: Chuyển động siêu nhỏ cộng với ăn mòn tại các kết nối lắp ép hoặc các khớp được xiết vít, nơi những vết trượt siêu nhỏ lặp lại và tái oxi hóa bề mặt.
- Vẻ bề ngoài: Bột vàng nâu (oxit sắt) (“ca cao”) hoặc một bột đen nhuyễn.
- Tác dụng: Làm lỏng lẻo các kết nối can đảm và làm hỏng các bề mặt tiếp xúc.
- Common at: Các giao diện trục mang và kết nối co gọn được chịu tác động rung động.
3. Ảnh hưởng đến các bộ phận máy móc
Vòng bi
- Ăn mòn bề mặt khởi động mệt mỏi bong tróc trên đường ray và các yếu tố lăn.
- Tạp chất ăn mòn trở thành chất mài mòn bên thứ ba bên trong vòng bi.
- Các sản phẩm ăn mòn làm ô nhiễm chất bôi trơn và làm suy giảm màng dầu.
- Tuổi thọ của vòng bi có thể bị giảm đáng kể — giảm 50–90% là có thể.
Trục
- Các lỗ mủn ăn mòn hoạt động như những vị trí khởi tạo vết nứt mỏi, tiền thân của một rôto bị nứt.
- Mất phần tiết diện làm giảm đường kính hiệu dụng và cường độ.
- Độ nhám bề mặt làm suy giảm hoạt động của vòng bi và con dấu.
- Mài xát tại các kết nối lắp ép làm lỏng lẻo các bộ phận gắn kết và thay đổi trạng thái cân bằng của rotor’s.
Bánh răng
- Ăn mòn bề mặt răng tăng tốc độ mệt mỏi tiếp xúc (đốc).
- Độ nhám bề mặt tăng làm tăng tiếng ồn và tổn thất truyền động.
- Các mặt ăn mòn giữ chất bôi trơn kém, làm trầm trọng thêm chu kỳ mài mòn.
- Ăn mòn ở chân răng làm giảm bền độ uốn — xem thêm khuyết tật bánh răng.
Thành phần cấu trúc
- Khả năng chịu tải giảm do mất phần tiết diện.
- Tập trung ứng suất ở các lỗ ăn mòn.
- Ngoại hình bị suy giảm và độ tin cậy tổng thể giảm đi.
- Ăn mòn bolông neo móng chân gây ra cơ học sự lỏng lẻo và làm yếu độ cứng của hỗ trợ.
4. Phương Pháp Phát Hiện
Kiểm tra trực quan
- Kiểm tra gỉ sét, mất màu và độ sâu.
- Kiểm tra các sản phẩm ăn mòn — lắng đọng trắng, xanh lục hoặc đỏ.
- Kiểm tra các bu lông có gỉ sét hoặc bị giáng.
- Chú ý tìm dấu hiệu rò rỉ tại các khe, tín hiệu đặc trưng của ăn mòn khe ẩn.
Phân tích rung động
Ăn mòn không phải là nhân tố sinh tần số thấp chính rung động, nhưng hậu quả cơ học của nó rất rõ ràng đối với chương trình rung động:
- Các bề mặt bị ăn mòn và xơ cứng tạo ra rung động tần số cao dải rộng.
- Các lỗ tạo ra chữ ký va chạm giống như những khiếm khuyết cơ học địa phương.
- Tác dụng phụ quan trọng nhất: một vết nứt bắt đầu từ ăn mòn tạo ra đặc trưng 2× harmonic tăng trưởng của một trục bị nứt, và vòng bi bị ăn mòn cho thấy đặc trưng cổ điển lỗi ổ trục frequencies.
Vì các triệu chứng xuất hiện từ từ, định kỳ xu hướng của các mức tổng thể và dải tần số vòng bi là cách thực tế để phát hiện tổn thương do ăn mòn trước khi nó tăng tốc.
Kiểm tra không phá hủy
Khi nghi ngờ ăn mòn, kiểm tra không phá hủy định lượng trực tiếp:
- Thử nghiệm siêu âm: đo chiều dày tường còn lại.
- Dòng xoáy: phát hiện ăn mòn bề mặt và độ sâu qua một cảm biến dòng xoáy.
- Hạt từ: tiết lộ các vết nứt bề mặt do ăn mòn gây ra.
- Chụp X-quang: cho thấy ăn mòn bên trong ở những khu vực không thể tiếp cận được.
Phân tích dầu
Phân tích dầu bắt hóa học trước khi cơ học bị hỏng:
- Phát hiện hàm lượng nước (phép thử Karl Fischer).
- Chất ô nhiễm ăn mòn như axit và muối.
- Các hạt kim loại được giải phóng bởi ăn mòn.
- Kiểm tra pH để phát hiện các điều kiện có tính acid, thúc đẩy ăn mòn.
5. Phòng ngừa và Kiểm soát
Lựa chọn vật liệu
- Hợp kim chống ăn mòn: Thép không gỉ, đồng, hợp kim đặc biệt cho môi trường khắc nghiệt
- Tương thích vật liệu: tránh các cặp gôn vôn, hoặc cách ly các kim loại không giống nhau.
- Lựa chọn loại: khớp hợp kim cụ thể với môi trường ăn mòn cụ thể.
Lớp phủ bảo vệ
- Sơn: bảo vệ rào cản cho thép xây dựng.
- Mạ: crom, niken hoặc kẽm cho các bề mặt quan trọng.
- Galvanising: lớp mạ kẽm cho các ứng dụng ngoài trời hoặc ướt.
- Lớp phủ chuyên dụng: Epoxy, gốm, phun nhiệt cho điều kiện khắc nghiệt
Bôi trơn
- Sử dụng chất bôi trơn được điều chế với các chất ức chế gỉ và ăn mòn.
- Loại trừ độ ẩm và chất ô nhiễm khỏi hệ thống.
- Duy trì một lớp film dầu liên tục bảo vệ bề mặt — xem bôi trơn vòng bi.
- Thay dầu theo lịch trình để loại bỏ nước và acid tích lũy.
Kiểm soát môi trường
- Niêm phong hiệu quả để loại trừ độ ẩm.
- Khử ẩm cho thiết bị kín.
- Thông gió để ngăn ngừa ngưng tụ.
- Vỏ bảo vệ cho thiết bị ngoài trời.
- Kiểm soát nhiệt độ để tránh các chu kỳ ngưng tụ lặp lại.
Thực hành thiết kế
- Tránh các khe hở nơi ăn mòn có thể ẩn và tập trung.
- Cung cấp thoát nước để không cho phép ẩm tích tụ.
- Thiết kế để tiếp cận và làm sạch cũng như kiểm tra.
- Sử dụng các anode hy sinh nơi bảo vệ cathodic thích hợp.
6. Ăn mòn và Quy trình Cân bằng
Ăn mòn âm thầm làm suy yếu chất lượng cân bằng. Vật liệu bị mất từ một bên của một cánh quạt, sự tích tụ sản phẩm trên các vùng bị ăn mòn, hoặc một trọng lượng cân bằng lan trên một vít bị hư hỏng, lỏng lẻo tất cả sự thay đổi phân bố khối lượng và đẩy mức độ 1× mất cân bằng phản hồi. Vì lý do này, một rotor bị ăn mòn trong quá trình hoạt động nên được kiểm tra lại sau khi làm sạch hoặc sửa chữa thay vì cho rằng nó tốt. Trong thực tế điều này được thực hiện mà không cần tháo rời bằng cách sử dụng một máy phân tích hai kênh di động như Balanset-1A, đo biên độ và pha 1× trong các vòng bi của chính máy, cho phép bạn sửa chữa điểm nặng mới và xác minh mất cân bằng còn lại so với mức ISO 21940-11 thích hợp. Kết hợp kiểm tra rung động đó với phép đo độ dày tường NDT cung cấp bức tranh toàn diện về cả sức khỏe cơ học và cấu trúc của rotor bị ăn mòn.
Ăn mòn, mặc dù chủ yếu là một quá trình hóa học, mang lại những hậu quả cơ học sâu sắc trong máy quay. Vai trò của nó trong việc khởi tạo các vết nứt mệt mỏi, tăng tốc độ mài mòn và tạo ra các khiếm khuyết bề mặt là lý do khiến việc phòng ngừa — thông qua lựa chọn vật liệu hợp lý, các biện pháp bảo vệ và kiểm soát môi trường — là cần thiết để đảm bảo độ tin cậy và an toàn lâu dài.
