Componente de conexão da flanja do parafuso (BFJAConexões de fronteira de pressão críticas em tubos, recipientes de pressão e trocadores de calor. A confiabilidade dessas conexões não depende apenas do projeto de engenharia, mas também da qualidade dos materiais selecionados, montados e mantidos. O soltamento das juntas e parafusos é um fator-chave que afeta a confiabilidade. Se não gerenciado adequadamente, o desligamento pode resultar em uma redução do desempenho da vedação e uma perda da integridade da conexão a longo prazo. Componentes de ligação para a flanja de parafuso de elevação (BFJAPara a confiabilidade, é necessário uma compreensão aprofundada das propriedades de comportamento do material de junta sob a força, as regras de mudança da tensão do parafuso ao longo do tempo e quando o procedimento de reafirmação deve ser implementado.

Quando ocorre o relaxamento?

Junturas em folhas (por exemplo, torneamento de PTFE)[PTFE]Geralmente ocorre relaxamento a temperatura ambiente. No entanto, juntas semi-metálicas (por exemplo, almofadas metálicas enroladas)[SWG]Menor sensibilidade ao relaxamento da junta. Embora a guarnição semi-metálica é muitas vezes atribuída ao relaxamento da guarnição, mas quando a temperatura do parafuso sobe para cerca de500°O F（260°O CQuando a junta ocorre relaxamento, reduzindo assim a tensão da junta.

Pontos essenciais de seleção de materiais de vedação

Para colchões de vedação à base de polímeros, especialmente feitos de politetrafluoroetileno (PTFEA almofada de vedação fabricada, cujas propriedades mecânicas sob as condições de força variam dependendo do tipo de material e da qualidade do processamento. Torneamento ou moldagem nativaPTFETem uma excelente tolerância química, mas pode haver problemas de baixa resistência mecânica e maior deslizamento durante a força. Isso resulta em maior relaxamento e perda de tensão de vedação ao longo do tempo. Em contraste, o politetrafluoroetileno modificado (do rPTFE(e politetrafluoroetileno expansivo)do ePTFEAdota resinas de maior qualidade e microestruturas de engenharia que reduzem significativamente o deslizamento e aumentam a resistência.do rPTFETambém podem ser adicionados embalagens inorgânicas, como microesferas de vidro oco, sulfato de bário e dióxido de silício, para melhorar o desempenho específico. Estes materiais geralmente são melhores em junções de flange e têm valor prático em aplicações críticas que exigem estabilidade dimensional. Quando uma maior resistência à compressão é necessária, as juntas semimetálicas, como as almofadas metálicas enroladas e as almofadas dentadas metálicas, oferecem uma melhor capacidade de retenção de carga e deformação mínima em condições dinâmicas.

TEADITTetrafluoro Inflável TeddyePTFE 24SHTetrafluoro modificado com microesferas de vidrodo TF1570Tetrafluoro modificado com sulfato de báriodo TF1580Tetrafluoro modificado com dióxido de silíciodo TF1590- É.

Escolha o material da guarnição

Devido às diferenças nas propriedades dos materiais, a escolha do material de junta adequado deve ser feita de acordo com os requisitos específicos da aplicação, incluindo:

* Temperatura e pressão de funcionamento

* Compatibilidade química

* Movimento, vibração ou ciclo térmico esperado da flange

* Capacidade de manutenção de estresse a longo prazo

Figura 1: Banco de teste (imagem fornecida por Teadit Teddy)

Após a escolha do material de junta, garantir a integridade a longo prazo da junta requer que os procedimentos de montagem estabelecidos sejam rigorosamente seguidos, especialmente as regras relativas à aplicação e ao tempo de manutenção da carga de parafuso, como o Instituto Americano de Engenheiros Mecânicos (American Institute of Mechanical Engineers).do ASME）PCC-1Conexão de flange de parafuso de fronteira de pressão (Montagem conjunta da flange parafusada do limite da pressãoconforme descrito nos critérios).do ASMEResponsávelPCC-1O subcomité está atualmente expandindo o padrão para cobrir a questão do relaxamento de juntas e parafusos. A próxima versão do padrão será2026Publicação anual. Como o padrão ainda não foi publicado, este artigo não pode incluir conteúdo relevante, mas esta atualização será baseada nas categorias de práticas abaixo.

Montagem

1. Tempo de estadia
O tempo de permanência do material de junta permite que a junta relaxe após o carregamento inicial. Essa pausa ajuda a garantir que qualquer perda de pré-tensão do parafuso inicial seja resolvida antes da aplicação do "tratamento de liberação de tensão", recuperando assim a tensão da junta que pode ser perdida devido ao relaxamento. Observe que a liberação de tensão usa o valor final do torque que passa em torno da flange a temperatura ambiente. Torque de reinicialização (PCC-1É uma operação que libera a tensão do tratamento, mas é aplicável quando a temperatura ou as condições de processo estão presentes no recipiente.

Gráfico2: Interface de software. O banco de teste utilizado neste estudo1mostrado por doisASME B16.5 NPS 4 (em inglês)Composição da franja de polegadas, classe de pressão150equipados com oito5/8Parafusos de polegadas.

Monitoramento em tempo real da tensão do parafuso por meio de uma deformação. Utilização de materiais de flangeASTM A105Padrão, o material do parafuso éSAEClasse (resistência à tração é180Mil libras por polegada quadrada.[ksi]). A flanja superior tem um orificio que leva para a câmara interna, que pode ser pressionada. Neste estudo, essa função não foi utilizada.

De acordo com a prática da indústria, é aconselhável esperar horas ou dias para ficar relaxado. No entanto, estudos mostram que o tempo de estadia mais curto (por exemplo, apenas15minutos) pode fornecer um compromisso prático entre o tempo necessário para voltar a apertar e a capacidade da junta de manter a tensão. O melhor tempo de estadia depende de fatores como o tipo de junta e as condições específicas de funcionamento. Portanto, a verificação deve ser feita por experiência de campo ou seguindo as orientações do fabricante.

2.Tecnologia de aplicação de torque

Um padrão de torque controlado e consistente (geralmente em forma de estrela) é essencial para a compressão uniforme das juntas. As diretrizes de aplicação enfatizam que o torque deve ser aplicado no modo de estrelas múltiplas e terminar no modo circular final, ao mesmo tempo que as ferramentas de calibração são usadas para garantir a precisão da carga. A compensação do relaxamento após o tempo de permanência é para recuperar a força de pré-tensão perdida devido ao relaxamento. Alguns usuários finais começaram a usar ferramentas de verificação de torque por ultra-som ou digital para gravar os valores de tensão do parafuso (se possível). Embora a montagem correta estabeleca a base para a integridade da junção, a manutenção dessa integridade a longo prazo requer procedimentos proativos de monitoramento e acompanhamento.

Manutenção e Monitoramento

Para resolver o problema da perda de tensão do parafuso e do deslizamento da junta, foram tomadas duas medidas-chave: a operação de liberação de tensão e a reafirmação após a inicialização.

No entanto, para sistemas que aquecem durante a operação, ocorre um afluxamento adicional devido à expansão térmica e à deformação da junta. Neste caso, é recomendado voltar a apertar após a inicialização para restaurar a carga adequada do parafuso e garantir o desempenho de vedação a longo prazo.

Para sistemas de alta temperatura, recomenda-se que a temperatura do componente ainda seja inferior a450°O F（232°O C(ao voltar a apertar). Após exceder esse limiar, a deterioração do lubrificante e o fator de atrito (KAs mudanças nos fatores podem afetar significativamente a precisão do torque, resultando em cálculos de tensão não confiáveis. Portanto, se a flange for esperada para atingir altas temperaturas, a operação de aperto deve ser planejada durante a fase de pré-aquecimento antes que esses efeitos adversos apareçam.1É importante notar queASME PCC-1O termo "torque quente" foi substituído por "aperto inicial" para evitar confusão com "parafuso quente" (substituição de parafuso único). Trata-se de um processo de manutenção planejado e não de uma atividade de manutenção de trabalho elétrico. Embora esses procedimentos sejam baseados em melhores práticas e padrões da indústria, sua eficácia varia dependendo do material da junta e das condições da aplicação. Os testes de campo e a validação baseada em dados são essenciais para otimizar as estratégias de reafirmação e garantir a confiabilidade de junções a longo prazo.

Verificação através de testes de campo

Recentemente, vários materiais de juntas foram testados durante semanas para entender melhor a resposta de diferentes categorias de juntas a cargas de compressão e relaxamento de tensão ao longo do tempo. O estudo analisou as juntas a temperatura ambiente para avaliar se todos os tipos de juntas precisavam do tempo de permanência geralmente recomendado de quatro horas antes de voltar a apertar, ou se intervalos mais curtos também proporcionavam um desempenho de vedação semelhante e reduziam o tempo de inatividade. As principais descobertas incluem:

-As juntas semimetálicas (como os tipos de almofadas metálicas enroladas e dentadas metálicas) apresentaram uma perda extremamente baixa de tensão de parafuso durante todos os intervalos de tempo de permanência testados. Mesmo sem um novo aperto, essas juntas podem manter a maior parte da carga inicial. Por exemplo, a perda de tensão do metal enrolado almofada junta em não re-apertar com completo24Varia apenas entre ciclos de horas1.6%Isto sugere que os benefícios da reabastecimento após algumas horas são insignificantes para juntas semimetálicas.

-Por outro lado, o politetrafluoroetileno (PTFEAs juntas de base mostram maior diferença no comportamento de relaxamento, o que destaca ainda mais a necessidade de desenvolver estratégias de fixação específicas do material:

• do ePTFESem voltar a apertar,20Uma hora após a perda de estresse precoce, a taxa de relaxamento do estresse12.6%somente após a instalação15Minutos para re-apertar, a perda de estresse é quase reduzida pela metade para7.5%e1horas (7.0%), e4horas (5.9%) e24horas (3.0%A melhoria posterior foi pequena. Isso sugere que a maioria dos efeitos podem ser alcançados em períodos curtos de permanência, enquanto atrasos mais longos trazem ganhos decrescentes.

• Tetrafluoro modificadodo rPTFEapresenta uma tendência de relaxamento semelhante. Perda de estresse de nenhuma volta ao aperto12.5%Baixar para 15Por minuto.7.8%、1Por hora.6.6%、4Por hora.5.3%e24Por hora.4.4%Embora alguma melhoria tenha sido observada após uma estadia prolongada, a maioria dos benefícios pode ser alcançada nas primeiras horas.

• Torneamento de politetrafluoroetilenodo sPTFEDesempenho significativamente inferior, com a maior perda de tensão de todos os materiais de teste: até20.0%apesar de sua perda de estresse tendo se estabilizado relativamente cedo (15abaixo em minutos.12.3%(Mas)1Mantém-se depois de uma hora.11.7%，4horas depois de11.3%demonstra uma perda de estresse residual persistentemente elevada. Mesmo em24Horas depois, a perda de estresse8.0%significativamente superior aodo ePTFEoudo rPTFEIsso mostra que apesar dedo sPTFEA perda de tensão se estabiliza rapidamente, mas sua liberação absoluta de tensão é muito maior do que outros materiais, o que resulta em uma menor confiabilidade de vedação a longo prazo em ambientes de aplicação exigentes.

Embora seja sempre preferível ficar o máximo possível antes de voltar a apertar, estudos mostram que nem todos os materiais de junta precisam ser tratados da mesma forma. A abordagem única não reflete o comportamento real dos diferentes tipos de vedação. Se houver um limite de tempo, as juntas semimetálicas podem simplesmente não precisar ser apertadas novamente em certas aplicações, porque elas liberam estresse extremamente baixo. Em contraste, o tetrafluoroetileno (PTFEA guarnição de base se beneficia de uma reafirmação precoce, geralmente realizada pouco antes da marca de quatro horas padrão. Dependendo do material, a maioria das perdas de estresse podem ocorrer em pouco tempo.15para60Recuperação em minutos. Essas descobertas permitem que as equipes de manutenção tomem decisões mais informadas e específicas do material, otimizando o processo de conexão de parafusos para melhorar o desempenho da vedação e minimizando o tempo de inatividade desnecessário.

Efeitos da alta temperatura

acima do500°O F（260°O CA temperatura de funcionamento do parafuso pode aumentar significativamente. Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicosdo ASMEReunião de recipientes de pressão e tubulação3Um estudo publicado acima mostrou:

• Associação Americana de Materiais e TestesASTM）A193 B7Parafusos de nível em725°O F（385°O CPerda de pré-tensão até60%- É.

• norma ASTM A193nívelB16parafusos em25%Melhor desempenho em condições de deslizamento.

• norma ASTM A193nívelO B8MParafusos de aço inoxidável até ganham força pré-tensão devido às diferenças de expansão térmica.

Para aplicações de serviço a altas temperaturas, a escolha cuidadosa dos materiais é essencial para manter a integridade da junção sob tensão térmica. Os componentes de parafuso devem ser atualizados para materiais com desempenho confiável em altas temperaturas, comoASTM A193 B16para reduzir o risco de relaxamento da tensão do parafuso.

Além disso, é essencial usar esses parafusos com o grau apropriado de porcas. Por exemplo,B16Parafusos precisam ser combinados4nível ou7Porcas de grau para minimizar o soltamento da porca.

A integridade da conexão da flanja do parafuso não depende apenas do valor do torque e da seleção da junta, mas também está enraizada em uma compreensão profunda do comportamento a longo prazo do material sob a compressão e a carga térmica. O relaxamento da junta, a perda de tensão do parafuso e o deslocamento da flange não são eventos isolados, mas fenômenos contínuos que exigem estratégias de manutenção preditiva, conhecimentos científicos dos materiais e rigoroso cumprimento do processo de montagem.

À medida que os dados de campo continuam a revelar as interações complexas entre o tipo de junta, a manutenção da carga e a temperatura, os engenheiros devem adotar estratégias proativas e baseadas em dados, através de testes específicos de materiais, otimização de tempo e procedimentos comprovados de re-aperto para prolongar o desempenho da junta e reduzir os tempos de inatividade não planejados.

Com materiais de vedação de alta qualidade, processos de montagem padronizados e medidas de manutenção rigorosas, as indústrias podem efetivamente prolongar a vida útil das ligações de flange e reduzir o risco de paradas não planejadas.

Autor:Angelica Pajkovic e Scott Hamilton