Sellado de la junta de brida: por qué no se recomiendan 304 pernos

Sellado de la junta de brida: por qué no se recomiendan 304 pernos

En la fábrica de válvulas de retención de China C63200, a menudo encontramos problemas de fuga cuando las bridas de acero al carbono o las bridas de acero inoxidable se combinan con 304 pernos durante la operación. Este artículo proporciona un análisis cualitativo de este fenómeno.

1. Diferencias básicas entre 304, 304L, 316 y 316L Materiales
304, 304L, 316 y 316L son aceros de acero inoxidables de uso común para juntas de brida, que incluyen bridas, elementos de sellado y sujetadores. Estos grados pertenecen a los aceros inoxidables austeníticos de la serie 300 bajo los estándares de material estadounidense (ANSI o ASTM). Sus grados de material chino correspondientes (GB/T) son 06CR19NI10 (304), 022CR19NI10 (304L), 06CR17NI12MO2 (316) y 022CR17NI12MO2 (316L). Colectivamente, se les conoce como 18-8 aceros inoxidables.
Como se muestra en la Tabla 1, las diferencias en la composición de la aleación dan como resultado diferentes propiedades físicas, químicas y mecánicas. En comparación con los aceros inoxidables ordinarios, ofrecen buena resistencia a la corrosión, resistencia al calor y maquinabilidad. 304L tiene resistencia a la corrosión similar a 304 pero, debido a su menor contenido de carbono, proporciona una mejor resistencia a la corrosión intergranular. 316 y 316L son aceros inoxidables que contienen molibdeno, que ofrecen una corrosión superior y resistencia al calor en comparación con 304 y 304L. Del mismo modo, el menor contenido de carbono de 316L proporciona una resistencia a la corrosión intergranular mejorada.
La resistencia mecánica de estos aceros inoxidables austeníticos es relativamente baja. Las fuerzas de rendimiento de la temperatura ambiente son: 304-205 MPa, 304L-170 MPa, 316-210 MPa y 316L-200 MPa. Por lo tanto, los pernos hechos de estos materiales se consideran pernos de baja resistencia.

Tabla 1: Contenido de carbono, resistencia al rendimiento de temperatura ambiente y la temperatura de operación máxima recomendada

2. Por qué no se recomiendan 304 y 316 pernos para las juntas de brida
Como se discutió anteriormente, las juntas de brida pueden experimentar fugas debido a dos factores principales: primero, la presión interna puede separar las superficies de sellado, reduciendo el estrés de la junta; En segundo lugar, a altas temperaturas, la relajación de los pernos o la fluencia de la junta puede disminuir la precarga del perno, lo que hace que el estrés de la junta disminuya y resulte en fuga.
La relajación de los pernos con el tiempo es inevitable. Incluso los pernos inicialmente apretados al par correcto perderán gradualmente la precarga, especialmente en condiciones de alta temperatura o cíclica. Después de 10,000 horas de operación, la pérdida de carga de pernos puede exceder el 50%, y esto continúa con operación prolongada y temperaturas más altas.
Cuando la brida y el perno están hechos de diferentes materiales, particularmente cuando las bridas son acero al carbono y los pernos son acero inoxidable, la diferencia en los coeficientes de expansión térmica puede exacerbar la relajación del perno. Por ejemplo, a 50 ° C, el coeficiente de expansión térmica de acero inoxidable (16.51 × 10⁻⁶ /° C) es más alto que el del acero al carbono (11.12 × 10⁻⁶ /° C). A medida que el sistema se calienta, los pernos se alargan más que la brida, reduciendo la precarga de pernos y potencialmente causando fugas. Por lo tanto, para equipos de alta temperatura, se recomienda que los materiales de brida y perno tengan coeficientes de expansión térmica similares.
De la Sección 1, es evidente la baja resistencia mecánica de los aceros de acero inoxidable 304 y 316 (resistencias de rendimiento 205–210 MPa). Para mejorar la resistencia al perno a la relajación y la fatiga, es necesario aumentar la precarga de la instalación. Por ejemplo, lograr el 70% de la resistencia al rendimiento del material del perno durante la instalación requiere materiales de pernos de mayor resistencia, como acero de aleación de resistencia media o alta. Claramente, para las bridas bajo alta presión o para las juntas semi-metálicas y metálicas, los pernos de baja resistencia 304 y 316 no pueden cumplir con los requisitos de sellado debido a la fuerza de perno insuficiente.
Es importante tener en cuenta que en los estándares de pernos de acero inoxidable de EE. UU., 304 y 316 tienen dos clases cada una: 304 (B8 Cl.1 y B8 Cl.2) y 316 (B8M Cl.1 y B8M Cl.2). Los pernos CL.1 son recocidos en la solución, mientras que los pernos Cl.2 también se trabajan en frío. Aunque B8 Cl.2 y B8 Cl.1 tienen una resistencia de corrosión similar, B8 Cl.2 exhibe una resistencia mecánica significativamente mayor. Por ejemplo, un perno B8 Cl.2 de 3/4 "tiene una resistencia de rendimiento de 550 MPa, más del doble de B8 Cl.1 (205 MPa). Estándares chinos 06CR19NI10 (304) y 06CR17NI12MO2 (316) corresponden a B8 Cl.1 y B8M Cl.1.
Por estas razones, los estándares GB/T 150.3 y GB/T 38343 recomiendan evitar pernos estándar 304 (B8 Cl.1) y 316 (B8M Cl.1) para bridas de equipos de presión, especialmente en condiciones de alta temperatura o cíclica. En su lugar, los pernos B8 Cl.2 (S30408) y B8M Cl.2 deben usarse para evitar una precarga de perno insuficiente.
También vale la pena señalar que los pernos de baja resistencia como 304 y 316 pueden ceder o incluso fracturar durante la instalación si el par no se controla correctamente. Una vez que estos pernos se deforman, no pueden reutilizarse, ya que su sección transversal ha reducido permanentemente, aumentando el riesgo de falla durante la reinstalación.