Engineering solutions in the field of
lubricants and sealants

How to prevent thread galling of the stainless fittings?

Anti-friction solid lubricant coatings have become the most reliable and available solution for the challenges of preventing thread galling and seizure of the stainless fittings.

Современные конструкционные материалы способны решать сложные инженерные задачи.

Резьбовые соединения из нержавеющих сталей

В оборудовании нефтегазовой, приборостроительной, энергетической и многих других отраслей широко применяются детали, изготовленные из современных конструкционных материалов. Особой популярностью пользуются высоколегированные нержавеющие стали, в состав которых входит хром (илл. 1).

Такие материалы обладают хорошими химическими и антикоррозионными свойствами и в просторечье часто называются нержавейками. К числу нержавеющих сталей относятся аустенитные стали А2, А3, А4.

Рассмотрим некоторые аспекты эксплуатации нержавеющих резьбовых соединений трубопроводов и кабельных вводов, используемых в трубопроводах, приборостроении, энергетическом оборудовании, при производстве химических компонентов.

Особенности резьбовых соединений из нержавеющих сталей

При всех положительных свойствах и стойкости к коррозии аустенитные нержавеющие легированные стали имеют ряд недостатков, связанных с физико-химическими свойствами материала.

Легирующие элементы, введенные в больших концентрациях в состав стали, снижают ее предел текучести и вязкость. При взаимодействии с воздухом на поверхности нержавейки не образуется оксидная пленка, поэтому в зоне контакта при затягивании резьбы наблюдается повышенное трение и локальный разогрев стали. Эти явления вызывают пластическую деформацию витков резьбы. Для монтажа или демонтажа такого соединения приходится прилагать больше усилий.

Илл. 2. Задиры на поверхности витков резьбы Процесс носит лавинообразный характер. Дальнейшее увеличение момента затяжки или откручивания приводит к образованию задиров (илл. 2) и заклиниванию резьбы без возможности ее дальнейшего неразрушающего демонтажа.

Нержавеющие материалы достаточно сложно поддаются механической обработке, поэтому при закусывании резьбы такое соединение достаточно сложно демонтировать даже с использованием специальных режущих инструментов.

Антифрикционные покрытия Modengy – эффективное предотвращение закусыванием резьбы

Для снижения трения в резьбовом соединении из нержавеющих сталей применяются различные методы. Большинство из них заключаются в применении твердосмазочных композиций на основе минералов, металлов или полимеров, которые вводятся в зону контакта витков. Для надежной фиксации и удержания антифрикционного наполнителя используют связующее вещество.

Резьбовые пасты хорошо снижают трение, но плохо удерживаются в зоне трения. Использование паст предполагает нанесение материала на сборочных площадках, а количество циклов монтажа-демонтажа до пересмазывания – является ограниченным. Указанные факторы делают применение паст для нержавеющих фитингов и резьбовых соединений относительно трудозатратной и малоэффективной технологией.

Нанесение на поверхность покрытий из «мягких» металлов (меди, серебра и др.) при высоких моментах откручивания-закручивания резьбы не обеспечивают надежного антифрикционного разделяющего слоя. К тому же применяемые технологии требуют наличия сложного оборудования и привлечения высококвалифицированного персонала.

При использовании технологий нанесения металлических покрытий гальваническим способом, кроме того, необходимо соблюдение экологических норм и условий для хранения и утилизации отработанных компонентов.

В настоящее время большую популярность приобретают антифрикционные покрытия, в которых частицы антифрикционного наполнителя надежно удерживаются в зоне трения с помощью специальных связующих веществ.

Антифрикционные твердосмазочные покрытия (АТСП) MODENGY, разработанные инженерами компании "Моделирование и инжиниринг", на сегодняшний день стали наиболее надежным и доступным решением задач по предотвращению закусываний и заеданий резьбы нержавеющих фитингов. Эти материалы производятся на основе запатентованных технологий и отлично зарекомендовали себя на практике во многих отраслях.

На иллюстрации схематически показана структура покрытий MODENGY на поверхности резьбового соединения или фитинга.

Структура АТСП Modengy




АТСП формирует на поверхности резьбы тонкую, прочно сцепленную с основой пленку (илл. 3). Эта пленка представляет собой полимерную матрицу (связующее), в ячейках которой находятся мелкодисперсные частицы твердых смазок (антифрикционного наполнителя).


Покрытие заполняет и сглаживает микронеровности поверхности, увеличивая при этом опорную площадь контактной поверхности и ее несущую способность (илл. 4, 5).

Механизм трения без смазки

Илл. 4. Схема контактного взаимодействия при трении деталей без АТСП

Механизм трения с нанесенным АТСП

Илл. 5. Схема контактного взаимодействия при трении деталей, на одну из которых нанесено АТСП

Благодаря особой чешуйчатой структуре антифрикционного наполнителя покрытие имеет малое сопротивление сдвигу и высокое сопротивление сжатию, что увеличивает несущую способность смазочного слоя.

АТСП Modengy эффективно разделяет трущиеся поверхности даже при высоких моментах откручивания и закручивания. При этом коэффициент сухого трения значительно снижается, а трущиеся поверхности надежно защищены от воздействия внешних факторов и образования коррозии.

Преимущества покрытий

Основное преимущество антифрикционных покрытий Modengy заключается в возможности их применения на резьбовых соединениях и в фитингах различных типоразмеров.  

Покрытия обеспечивают

  • минимальный коэффициент трения до 0,03,
  • стабильные эксплуатационные свойства в широком диапазоне температур (-180…+550 °С),
  • химическую стойкость
  • работоспособность в условиях радиации и вакуума.

Эти материалы не только надежно защищают резьбу от закусывания и заедания, но и придают элементам соединения эстетичный внешний вид.

В линейку покрытий Modengy входят материалы черного, серого, темно-серого и серебристого цветов (илл. 6).

Цвета антифрикционных покрытий Modengy

Илл. 6. Цвета антифрикционных покрытий MODENGY

Методы нанесения

Технология нанесения АТСП экологична и не требует особого оборудования или значительных вложений. При изготовлении небольшого количества резьбовых элементов эти материалы можно наносить путем распыления покрытия на поверхность резьбы. В серийном или крупносерийном производстве целесообразно использовать методы окунания и центрифугирования.

Толщина покрытия составляет 3-35 мкм и может регулироваться. Это позволяет наносить покрытия на детали с различными типами и размерами резьб.

Условия отверждения АТСП

Отверждение покрытий Modengy, рекомендуемых для нержавеющих фитингов и резьбовых соединений производится при нагреве и последующей выдержке при определенной температуре.

Основные свойства и условия нанесения и отверждения антифрикционных покрытий Modengy приведены в Таблице 1.

Наименование АТСП

MODENGY 1004

MODENGY 1010

MODENGY 1011

MODENGY 1014

Цвет

Темно-серый

Черный

Серебристый

Серый

Температура полимеризации, °С

+200

+180

+180

+180

Температурный диапазон, °С

-190 …+440

-70 … +250

-70 … +250

-70 … +255

Возможный метод нанесения

Распыление, окунание, центрифугирование

Распыление, центрифугирование

Распыление, центрифугирование

Распыление, центрифугирование

Успешные применения покрытий на нержавеющих фитингах

В настоящее время успешно реализовано несколько десятков проектов по защите нержавеющей резьбы с применением технологии АТСП.

Покрытия доказали высокую эффективность в резьбовых соединениях и фитингах из нержавеющей стали в энергетике и нефтегазовой отрасли (илл. 7), в приборостроении (илл. 8) и атомной промышленности (илл. 9).

АТСП Modengy для фитингов нефтегазовой промышленности

Илл. 7. Нефтегазовая промышленность. Фитинги ПОСЛЕ нанесения АТСП


АТСП Modengy для кабельных вводов в приборостроении

Илл. 8. Приборостроение. Кабельный ввод с нанесенным на резьбу покрытием Modengy


АТСП Modengy для телекамер в атомной промышленности

Илл. 9. Атомная промышленность. Резьбовое соединение корпуса телекамеры с нанесенным покрытием Modengy

Антифрикционные покрытия MODENGY, нанесенные на резьбу деталей из нержавейки, позволили достичь следующих результатов:

  • Снижен коэффициент трения между витками резьбы,
  • Устранены заклинивания и заедания резьбы,
  • Стабилизация коэффициента трения облегчила контроля момента затяжки резьбы,
  • Однократное нанесение покрытие обеспечило возможность многократной регулировки соединения (откручивания-закручивания).
Антифрикционные твердосмазочные покрытия MODENGY эффективно решают ряд задач, предотвращая заклинивания, заедания резьбы, снижая и стабилизируя момент откручивания-закручивания. Технология их нанесения проста и легко может быть внедрена на любом предприятии с минимальными инвестициями. Применение этих инновационных материалов позволяет получить конкурентное преимущество и динамично развиваться, следуя тенденциям импортозамещения.