Arandelas de acero inoxidable de gran diámetro

La atenuación de las propiedades mecánicas de las arandelas de acero inoxidable de gran diámetro en condiciones de alta temperatura es una consideración importante en su selección. Su comportamiento de fluencia a alta temperatura afecta directamente el-rendimiento de sellado a largo plazo de las conexiones atornilladas en ciclos térmicos. Según el método de prueba ASTM E139 para la relajación por fluencia de materiales metálicos, en condiciones de 350 grados Celsius y una tensión de compresión inicial de 200 MPa, la tasa de relajación de la tensión del acero inoxidable 316L después de una carga continua durante 1000 horas es aproximadamente el 12 % del valor inicial, es decir, la tensión residual aún se mantiene en aproximadamente 176 MPa. Este nivel de tensión es suficiente para garantizar que la presión específica de sellado de la superficie de conexión de la brida no sea inferior al valor crítico requerido por el diseño. De acuerdo con la tensión permitida de alta temperatura de los materiales en el Volumen II, Sección D del Código ASME para calderas y recipientes a presión, el valor de tensión permisible del acero inoxidable 316L a 400 grados Celsius es 69 MPa, que es aproximadamente el 60 % del valor de temperatura ambiente de 115 MPa. Por lo tanto, el diseño de juntas de gran-diámetro debe aumentarse adecuadamente según la temperatura de funcionamiento. Por lo general, es necesario aumentar el espesor entre un 10 % y un 15 % por cada aumento de 100 grados Celsius para compensar la disminución del límite elástico del material a altas temperaturas y garantizar que la junta tenga un margen de seguridad suficiente en la conexión de bridas de tuberías de alta-temperatura y cabezales de intercambiadores de calor.

Bajo la acción combinada de un entorno de baja temperatura y cargas alternas, la tenacidad al impacto y la resistencia a la fatiga de las arandelas de acero inoxidable de gran-diámetro se han convertido en indicadores clave que determinan su aplicabilidad. Según el método de prueba de impacto Charpy ASTM E23, la energía absorbida por impacto del acero inoxidable 316L aún puede alcanzar más de 200 julios a la temperatura del nitrógeno líquido de menos 196 grados Celsius, lo que indica que su estructura de austenita no sufre una transición dúctil-a-frágil en condiciones criogénicas. Esta característica hace que esta junta sea adecuada para conexiones bridadas de tanques de almacenamiento de gas natural licuado y equipos de separación de aire. Según el método de prueba de fatiga axial ASTM E466, una junta de gran-diámetro con un espesor de 6 mm y un diámetro exterior de 180 mm se somete a una carga cíclica con una amplitud de tensión de 120 MPa. Después de dos millones de ciclos, no aparecen grietas por fatiga en la superficie de la junta ni en el borde del orificio interior. Su límite de fatiga es aproximadamente el 43% de la resistencia a la tracción de 280 MPa. La arandela está provista de ranuras anulares concéntricas en la superficie del cojinete en contacto con la cabeza del perno, con una profundidad de ranura de 0,1 mm y un espaciamiento de 0,5 mm, según el método de medición del coeficiente de fricción DIN 946, esta microestructura puede aumentar el coeficiente de fricción de la superficie del cojinete en condiciones de fricción seca de 0,18 a 0,25, resistiendo eficazmente el aflojamiento por rotación del perno causado por la vibración lateral. Al mismo tiempo, la ranura también puede acomodar una pequeña cantidad de grasa, proporcionando condiciones de fricción estables en instalaciones de precisión que requieren controlar el coeficiente de torsión. Por lo tanto, esta arandela se utiliza ampliamente en el sistema de sujeción de soportes de equipos de investigación científica polar y carcasas de presión sumergibles de aguas profundas.

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