Analyse van defecten aan wentellagers: visuele identificatie van schilfering, brinelling, fretting en elektro-erosie

1. Inleiding

Wentellagers zijn cruciale elementen van vrijwel alle industriële apparatuur bij Oekraïense zware industrie-, engineering- en energiebedrijven. Volgens de technische audit van UNITEC-D GmbH houdt ongeveer 35% van de ongeplande stops van roterende apparatuur verband met voortijdig falen van lagerconstructies. De ontwerplevensduur van het lager volgens de ISO 281 standaard ($L_{10h}$) wordt in de praktijk zelden bereikt als gevolg van overtredingen van de bedrijfsomstandigheden, installatie of smering. De hoofdtaak van een betrouwbaarheidsingenieur is niet alleen het vervangen van een defect onderdeel, maar het nauwkeurig vaststellen van de hoofdoorzaak (Root Cause Analysis). Met visuele en microscopische analyse van loopbanen en rollende elementen kunt u de mechanismen van metaalvernietiging identificeren, zelfs voordat een catastrofale stilstand van de eenheid plaatsvindt.

2. Fundamentele principes

Het werkingsmechanisme van het wentellager is gebaseerd op de overdracht van radiale en axiale belastingen door de elastische vervorming van de contactoppervlakken van de rolelementen en ringen. Hertziaanse contactspanningen in de contactzones bereiken 1500–2500 MPa voor staalsoorten 100Cr6 (ШХ15 volgens GOST / EN ISO 683-17). Onder invloed van cyclische belastingen ontstaan ​​schuifspanningen in de ondergrondse lagen van het metaal. Na $10^6 - 10^9$ cycli leidt dit tot de accumulatie van vermoeiingsschade, de vorming van microscheuren en het daaropvolgende afbrokkelen van het materiaal.

Overtreding van de voorwaarden voor scheiding van de oppervlakken door de smeerfilm (berekende viscositeit van het smeermiddel onder het minimum volgens ISO/TR 28168) veroorzaakt metaalcontact, wrijvingsslijtage, microlassen en vernietiging van het kristalrooster van de oppervlaktelaag. Elke afwijking van de berekende bedrijfsparameters verandert de door spanning vervormde toestand van het knooppunt, waardoor specifieke visuele markeringen op het metaal achterblijven.

3. Technische specificaties en normen

De classificatie van storingen, methoden voor het meten en evalueren ervan worden gereguleerd door internationale en nationale normen die in Oekraïne zijn geharmoniseerd:

• ISO 15243:2017 - Wentellagers. Verklarende woordenlijst, terminologie en classificatie van lagerschade en defecten. Deze standaard vormt de basis voor het definiëren van zes hoofdgroepen van storingen.
• ISO 281:2007/Amd 2:2019 - Wentellagers. Dynamisch draagvermogen en geschatte hulpbron.
• ISO 10816 / ISO 14819 — Trillingscontrole van de toestand van industriële machines.
• DSTU GOST 520:2014 — Rollagers. Algemene technische voorwaarden.
• DIN 51825 — Smeermiddelen zijn van plastic. Classificatie en vereisten.

4. Selectie en selectie van lagers

De juiste lagerkeuze op basis van statisch ($C_0$) en dynamisch ($C$) draagvermogen voorkomt overbelasting. De equivalente dynamische belasting $P$ wordt berekend met de formule:

P = X * F_r + Y * F_a

Waar $F_r$ de radiale belasting is, $F_a$ de axiale belasting, en $X$ en $Y$ respectievelijk de coëfficiënten van radiale en axiale belastingen zijn, volgens de catalogus van de fabrikant.

5. Beste praktijken voor installatie en inbedrijfstelling

Ongeveer 16% van de voortijdige storingen is te wijten aan installatiefouten. Naleving van de installatievoorschriften is verplicht:

• Fit met spanning: Het is verboden drukkrachten via de rolelementen over te brengen (vermijd pekelen). De installatie wordt uitsluitend op de binnenring uitgevoerd met behulp van inductieverhitters (verwarmingstemperatuur niet hoger dan +110°C volgens SKF/FAG-aanbevelingen) of hydraulische moeren.
• Reinheid van de omgeving: De installatie moet worden uitgevoerd in omstandigheden zonder stof en vocht. Het gebruik van verontreinigd smeermiddel leidt tot schurende slijtage tijdens de eerste bedrijfsuren.
• Spleetcontrole: Na installatie wordt de radiale interne opening gecontroleerd met een voelermaat of micrometer in overeenstemming met de ISO 5753. normen

6. Analyse van faalwijzen en hoofdoorzaken (Root Cause Analysis)

Volgens ISO 15243 worden defecten geclassificeerd op basis van visuele kenmerken. Hieronder vindt u een gedetailleerde beschrijving van de vier kritieke soorten storingen die een UNITEC-D-ingenieur het vaakst tegenkomt in Oekraïense fabrieken.

6.1. Spatten / Vermoeidheid

Definitie: Afschilfering van het materiaal van het werkoppervlak van de ring of het rolelement met de daaropvolgende vorming van cavernes (putten).

Visuele indicatoren: scherpe randen van grotten, ruwe bodem van de uitsparing, dofgrijze kleur in de vernietigingszone. In de buurt worden microscheuren waargenomen.

Hoofdoorzaak: Het bereiken van de berekende levensduur van het lager ($L_{10h}$), chronische overbelasting, overmatige zittingspanning of onvoldoende viscositeit van het smeermiddel (ECD-smeermiddelfactor $\kappa < 1$).

6.2. Echte en valse brinelling (Brinelling)

Echte brinelling: treedt op onder invloed van statische belastingen die de vloeigrens van het materiaal overschrijden of door schokbelastingen tijdens stilstand. Visueel: inkepingen op de loopbaan die precies de steek van de rolelementen volgen. Aan de onderkant van de verdiepingen zijn sporen van plastische vervorming en extrusie van metaal zichtbaar.

Spanningscorrosie/valse brinelling: treedt op als gevolg van microtrillingen van niet-werkende apparatuur (bijvoorbeeld stand-bypompen of apparatuur tijdens spoorvervoer). Visueel: putachtige producten met vorming van oxidatieproducten (roodbruin ijzeroxidepoeder $ ext{Fe}_2 ext{O}_3$, "bloederig sediment"). De metaalglans aan de onderkant van de gaten blijft gedeeltelijk behouden, in tegenstelling tot echte brinelling.

6.3. Fretten (fretten / axiaal glijden)

Definitie: Vernietiging van landingsoppervlakken als gevolg van minimale relatieve microbewegingen van onderdelen onder invloed van trillingen.

Visuele indicatoren: Op de landingsoppervlakken van de schacht of behuizing verschijnen roestkleurige vlekken, slijtage van het materiaal (de opening wordt groter), vernietiging van de oxidefilm.

Hoofdoorzaak: Onvoldoende lagerspanning op de as of in de behuizing, loskomen van de borgmoeren, trillingsbelastingen in rusttoestand.

6.4. Elektrische erosie / zwerfstromen

Definitie: De doorgang van elektrische stroom door de interne elementen van het lager, vergezeld van microboogontladingen.

Visuele indicatoren: Mat oppervlak van loopbanen, dicht bedekt met microkraters (diameter van 10 tot 100 micrometer). In geavanceerde gevallen wordt het effect van "cannelures" of "cannelures" waargenomen: parallelle donkere groeven met een stap die overeenkomt met de passage van de rolelementen. Het metaal in de kraterzones vertoont tekenen van uitgloeien (martensitische transformatie in microvolumes).

Oorzaak: Zwerfstromen door laswerkzaamheden aan het frame van de unit, asymmetrie van het magnetische veld van de elektromotor, werking van de motor vanaf een frequentieomvormer (omvormer) zonder gebruik van geïsoleerde lagers (bijvoorbeeld met keramische coating van hybride lagers) of borstels om het potentieel van de as te verwijderen.

7. Prognose van de technische staat en monitoring

Om plotselinge ongelukken te voorkomen, gebruiken Oekraïense fabrieken een reeks diagnostische methoden:

• Trillingsanalyse: Meting van het trillingsspectrum (FFT) en hoogfrequente methoden (demodulatie, schokpulsmethode - SPM). Het verschijnen van harmonischen van defectfrequenties van de buitenring ($BPFO$), binnenring ($BPFI$), rolelementen ($BSF$) en scheider ($FTF$) duidt op de ontwikkeling van lokale defecten.
• Olieanalyse / Ferrografie: Bepaling van de concentratie van slijtageproducten in olie (spectrometrie). De aanwezigheid van metaaldeeltjes groter dan 20 micron duidt op actieve vernietiging van de sporen.
• Thermometrie: temperatuurregeling van het lagerhuis. Het overschrijden van de drempel van +75°C...+95°C (afhankelijk van het type smeermiddel) duidt op problemen met de smering of overbelasting.

8. Vergelijkende matrix van lagerdefecten

9. Conclusie

Nauwkeurige identificatie van defecten aan wentellagers is de sleutel tot het verlagen van de onderhoudskosten voor industriële apparatuur. Het negeren van de eerste visuele tekenen van elektro-erosie, piekeren of afbladderen door vermoeidheid leidt onvermijdelijk tot catastrofale vernietiging van knooppunten. De ingenieurs van UNITEC-D GmbH leveren gecertificeerde lagers (volgens de Europese kwaliteitsnormen) en bieden ook deskundige ondersteuning bij de componentselectie voor Oekraïense industriële ondernemingen.

Voor een selectie van betrouwbare lagerconstructies, industriële smeermiddelen en montagegereedschappen kunt u onze elektronische catalogus raadplegen: UNITEC-D E-Catalog.

10. Koppelingen

1. ISO 15243:2017. Wentellagers - Woordenschat en classificatie van schade en defecten aan lagers.
2. ISO 281:2007. Wentellagers — Dynamische belastingswaarden en nominale levensduur.
3. SKF algemene catalogus. Richtlijnen voor analyse van lagerschade en defecten. Publicatie 10000 NL.
4. DIN 51825: Smeervetten K — Classificatie en eisen.
5. GOST 520-2014 / DSTU GOST 520:2014. Rollagers. Algemene technische voorwaarden.