Blog Frans Vos - Uit de praktijk

Het hoeft niet altijd breedvoerig te wezen. Deze keer dus gewoon drie steekfiches uit de praktijk van de schade-analyses.

Door Frans Vos - Materials Consult BV


Aantasting van koppelstukken in dieselgeneratoren
Product: Koppelstukken in de koelwatercircuits
Materiaal: Aluminium uit de 6XXX-reeks (AlMgSi-basis)
Sector: Scheepvaart
Eerste vaststellingen: Afscheuren van de randen van de koppelstukken, nabij de positie van de dichtingsringen
Onderzoekstechnieken: Plaatsbezoek, Visueel onderzoek, stereomicroscopie, lichtmicroscopie van secties, hardheidsmetingen in sectie, elektromicroscopie en spectraalanalyse (SEM-EDS), chemische analyse van het aluminium

Belangrijkste conclusies

•​ De primaire oorzaak van de lekkages van de koppelstukken was het optreden van erosiecorrosie of van Flow Accelerated Corrosion (FAC). Beide schadefenomenen lijken sterk op elkaar en zijn soms moeilijk uit elkaar te houden op basis van het morfologisch uitzicht van de schade. Ze hebben echter wel enkele bepalende factoren gemeenschappelijk, waarbij onder andere de stromingssnelheid en temperatuur een belangrijke rol spelen. Wat betreft de preventie van FAC dient eveneens zorgvuldig te worden gewaakt over de waterchemie. Er werd geadviseerd de snelheden, temperaturen en waterkwaliteit te analyseren en te toetsen aan de specificaties ter zake.

•​ Een ander aspect dat mee de gevoeligheid voor erosiecorrosie en FAC bepaalt, is de aard en de kwaliteit van het aluminium en zijn passivatie. Op basis van chemische analyses werd bepaald dat de koppelstukken vervaardigd waren een aluminiumlegering van de precipitatiegeharde 6XXX-reeks, waarin magnesium en silicium de belangrijkste legeringselementen in het aluminium zijn. Aangezien de opdrachtgevende rederij niet over de materiaalcertificaten van de koppelingen beschikte, werd geadviseerd om deze certificaten op te vragen bij de leverancier en de gemeten samenstellingen te toetsen aan de op de materiaalcertificaten vermelde samenstelling.

•​ Er werden eveneens sporen van cavitatie aangetroffen, maar deze werd hier vermoedelijk mee veroorzaakt door de toenemende turbulentie naarmate de schade toenam. Er waren echter onvoldoende aanwijzingen dat cavitatie op zich aan de basis zou hebben gelegen van de faling.

•​ Op de binnenwand van één van de vier onderzochte koppelstukken werden eveneens putvormige aantastingen geobserveerd die mogelijk een startsituatie van de schadefenomenen uitmaakten, waarbij uitbraak van deeltjes dan onder andere erosiecorrosie kan hebben doen ontstaan. Alhoewel op de binnenwand van de vier andere onderzochte koppelstukken geen dergelijke fenomenen werden aangetroffen, kon niet worden uitgesloten dat zij oorspronkelijk ook daar aanwezig waren en al dan niet een rol hebben gespeeld bij het ontstaan van de schade. In deze zin werd geadviseerd om enkele nog in het circuit aanwezige koppelstukken uit te bouwen, hun mate van aantasting te inventariseren en na te gaan of op hun binnenwanden gelijkaardige putvormige aantastingen werden aangetroffen.

•​ Er werd eveneens spleetcorrosie vastgesteld aan de buitenwanden van de koppelstukken, meer bepaald in de contactzones met de dichtingsringen. Of deze spleetcorrosie reeds actief was voorafgaand aan het ontstaan van de wandlekkages in de koppelstukken – bijvoorbeeld omwille van het optreden van condensatie – dan wel dat de spleetcorrosie een secundair gevolg was de koelwaterlekkages, kon niet worden achterhaald. De met de spleetcorrosie gepaard gaande wandverdunning heeft mogelijk mee het afscheuren van de randen van verschillende koppelstukken bevorderd.

•​ Er werden diverse indicaties gevonden dat minstens een gedeelte van de op de binnenwanden aangetroffen corrosieproducten/afzettingen sterk ijzerhoudend waren, i.e. dat zij afkomstig waren van elders in het koelwatercircuit. Dit geeft aan dat de koppelingen vermoedelijk niet de enige schade-vertonende componenten in de koelwatercircuits waren.  

•​ In de corrosieproducten/afzettingen werden ook zwavelhoudende substanties aangetroffen. Diverse zwavelhoudende chemische verbindingen kunnen een corrosie-bevorderende werking hebben. Er werd geadviseerd om de aard en de oorsprong van deze zwavelhoudende componenten te achterhalen.

•​ Rekening houdend met het geheel van de voorgaande resultaten werd geadviseerd om het koelwater te laten analyseren op zijn corrosiviteit, met inbegrip van de controle op de al dan niet aanwezigheid van ijzerhoudende producten en met inbegrip van analyses wat betreft de eventuele aanwezigheid van micro-organismen die aanleiding kunnen geven tot microbiologisch beïnvloede corrosie (MIC). Zo kan de detectie van zwavel bijvoorbeeld zijn gerelateerd aan de aanwezigheid van sulfaat-reducerende bacteriën.  

Herstel
Vervanging van de koppelstukken was noodzakelijk. Tegelijk werd een programma opgestart om de samenstelling van het koelwater te analyseren en, daaruit voortvloeiend, de waterchemie, stromingssnelheid en watertemperatuur te optimaliseren. Voor zover ons bekend, werden er geen nog in de koelcircuits aanwezige koppelstukken uitgebouwd teneinde de toestand van hun binnenwanden te evalueren.

Scheuren van een flens-leiding lasverbinding aan een wervelbedoven
Product: Uitlaatleiding van een koelelement
Eerste vaststellingen: Scheuren van de lasverbinding tussen de uitlaatflens en de uitlaatleiding
Materiaal: Flens uit 15Mo3 staal / Leiding uit 13CrMo4.4 staal
Inwendig medium in de schadezone: Water-stoom mengsel 
Sector: Metaalproductie, metaalverwerking, recyclage
Onderzoekstechnieken: Plaatsbezoek, visueel onderzoek, stereomicroscopie van de laszone en het breukoppervlak, lichtmicroscopie van secties, hardheidsmetingen in de secties, elektromicroscopie en spectraalanalyse (SEM-EDS), nat-chemische analyse van het leiding- en flensmateriaal.

Belangrijkste conclusies

•​ De scheur bevond zich radiaal aan de oorspronkelijke bovenzijde van de lasverbinding, grotendeels vlak naast het lascordon. De scheur werd geïnitieerd aan de binnenzijde van de leiding, aan de grens tussen het lascordon en de warmte-beïnvloede zone (WBZ) aan de leidingzijde. De scheurpropagatie naar de buitenwand toe situeerde zich hoofdzakelijk in de WBZ aan de leidingzijde.

•​ Op basis van de morfologie van de scheurpropagatie wordt vermoed dat het een scheurvorming omwille van hoge-temperatuur-vermoeiing betrof. De scheurinitiatie was vrijwel zeker ontstaan omwille van de lokale aanwezigheid van martensitische structuren, waarbij deze martensiethoudende zones een duidelijk hogere hardheid en een daarmee samenhangende hogere brosheid vertoonden vergeleken met de omliggende metaalstructuren in de las en de WBZ. Vermoedelijk werd de scheurinitiatie ook bevorderd door een lichte kerfwerking van de vrij hoekige overgang tussen het lascordon en het leidingmateriaal aan de binnenwand. 

•​ De martensietstructuren zijn vermoedelijk ontstaan omwille van het niet-conform de lasprocedure (WPS) leggen van de las of omwille van het gebruik van een verkeerde WPS. In het constructiedossier werd echter geen WPS teruggevonden die overeen stemde met de geometrie van de werkelijke las, hetgeen nog een andere mogelijkheid suggereert, namelijk dat er misschien werd gelast zonder de voorafgaande aanmaak en goedkeuring van een WPS. De onvoldoende laskwaliteit werd verder ook geïllustreerd door onder andere een onregelmatige laspenetratie, een quasi onbestaande interactiezone tussen de tweede lasstap en het leidingmateriaal, evenals door de aanwezigheid van insluitsels in het lasmetaal.

Herstel
De flens-lasverbinding werd in haar geheel uitgesneden en vervangen.

Schade-onderzoek van een spuitgietmatrijs
Product: Spuitgietmatrijs voor kunststoffen
Materiaal: Oppervlaktegehard 1.2344 ESU gereedschapsstaal
Sector: Spuitgieten van kunststoffen
Eerste vaststellingen: Breuk van een pin in de spuitgietmatrijs
Onderzoekstechnieken: Visueel onderzoek, stereomicroscopie, lichtmicroscopie van secties, hardheidsmetingen in sectie, elektromicroscopie en spectraalanalyse (SEM-EDS), chemische analyse van het staal

Belangrijkste conclusies

•​ De breuk van de pin was te wijten aan vermoeiing.

•​ De vermoeiing was vermoedelijk mee in de hand gewerkt door in het staal gevatte koperen eilanden. Koper is veel zachter dan gereedschapsstaal. Sommige van deze koperen eilanden bevonden zich nabij de aanzet van de pinnen. Omwille van de zachtheid van koper in verhouding tot het staal, beïnvloedde deze aanwezigheid van koper - als afzonderlijke fase in het staal - de lokale spanningsverdelingen en kan zij zo de vermoeiing mee hebben bewerkstelligd.  

•​ De oppervlakte van de pinnen vertoonde verschillende oneffenheden, waarvan sommigen in hun laagste punt zeer scherp waren. De vermoeiing was ontstaan ter hoogte van een dergelijke kerfwerking-vertonende oneffenheid in het matrijsoppervlak, dit ter hoogte van de overgang tussen de afgebroken pin en de onderliggende bulk van de matrijs. De aanwezigheid en kerfwerking van dergelijke oneffenheden, gecombineerd met een gehard oppervlak, verhoogt het risico op (vermoeiings)scheurinitiatie.

•​ De hardheid en chemische samenstelling van het staal zelf (dus zonder dat de koperen eilanden in de metingen werden betrokken) waren conform de specificaties, met uitzondering van het molybdeengehalte, dat licht te laag was vergeleken met de eisen van de van toepassing zijnde norm EN ISO 4957, gereedschapsstalen. De mate van afwijking van het molybdeengehalte was echter te gering om mee aan de basis te kunnen hebben gelegen van de schade.

Herstel
Vervanging van de matrijs was noodzakelijk. Het terug oplassen van de pin was geometrisch moeilijk en kon niet de maattolerantie bieden die vereist was voor het betreffende matrijstype en het bekomen van kwaliteitsvolle spuitgietproducten.

Veel lees- en weetplezier!