Vòng đệm O-ring đáp ứng tiêu chuẩn. Nhưng nó vẫn bị nứt: Những bài học từ cuộc điều tra van của NASA năm 2005.

Những yếu tố nào như mức độ tiếp xúc với ozone, ứng suất cục bộ, hình dạng lắp đặt và lịch sử sử dụng ảnh hưởng đến thông số kỹ thuật khi mua vòng đệm O-ring?

Thử nghiệm rò rỉ đã thay đổi câu hỏi.

Vào tháng 4 năm 2005, tàu con thoi Discovery đang được chuẩn bị cho chuyến bay trở lại thì một cuộc kiểm tra dấu hiệu heli phát hiện rò rỉ trong hệ thống khí hydro. Nguồn rò rỉ được xác định là van điều khiển lưu lượng LV-58 trên động cơ chính số 3. Các vết nứt do phóng xạ chỉ giới hạn ở một khu vực khi các nhà điều tra kiểm tra lớp bịt kín nitrile/Buna-N.

Họ phát hiện ra một điều kỳ lạ—vòng đệm thực sự có độ dày đúng theo thông số kỹ thuật. Đây không phải là trường hợp một mảnh cao su bị sử dụng hoặc đưa vào nhầm lẫn. Thay vào đó, chính vòng đệm NBR trong một bộ phận cụ thể đã được ghi nhận là bị lỗi, và giờ câu hỏi quan trọng là: thông số kỹ thuật đã bỏ sót điều gì?

Tóm lại: Bản đặc tả vật liệu có thể xác định thành phần nhưng vẫn chưa giải quyết được vấn đề đường đi của vật liệu tiếp xúc, ứng suất cục bộ, chu kỳ lão hóa và khoảng thời gian thay thế.

Cuộc điều tra của NASA thực sự đã phát hiện ra điều gì?

NASA không dừng lại sau khi thay thế vòng đệm bị rò rỉ. Hai van còn lại trên tàu Discovery được mở ra, tiếp theo là các van tương ứng trên tàu Atlantis và Endeavour. Sáu trong số chín vòng đệm O-ring cho thấy vết nứt. Vòng đệm LV-58 vẫn là vòng bị hư hỏng nặng nhất trong nhóm, nhưng cuộc kiểm tra toàn diện đã biến vấn đề từ một sự cố rò rỉ đơn lẻ thành một tình trạng tái diễn.

Những con số đó cần được xem xét cẩn trọng. Báo cáo không chứng minh rằng mọi gioăng nitrile cũ đều sẽ bị nứt, cũng không đưa ra tuổi thọ ba năm chung cho NBR. Nó chỉ ghi lại những gì đã xảy ra trong một thiết kế van cụ thể và lý do tại sao NASA chọn thiết kế đó cho chương trình Tàu con thoi còn lại. Giới hạn đó rất quan trọng khi báo cáo được sử dụng ngoài lĩnh vực hàng không vũ trụ.

Thông số kỹ thuật vẫn đúng, nhưng môi trường thực tế thì khác.

Theo đánh giá của NASA, vật liệu nitrile MIL-P-25732C được thiết kế cho môi trường chất lỏng thủy lực nhằm giúp bảo vệ nó khỏi bị nứt. Trong van, vòng đệm O-ring được sử dụng trong môi trường chỉ có không khí. Khe hở thiết kế lớn tới 0,009 inch khiến một phần đường kính ngoài tiếp xúc với ozone, không khí nén và nhiệt độ cao.

Sự khác biệt đó chính là trọng tâm của vụ việc. Việc xác định xem vật liệu vòng chữ O có phù hợp hay không không chỉ đơn thuần là kiểm tra khả năng tương thích với chất lỏng trong quá trình sản xuất. Nếu có các điều kiện khác như sự hiện diện của oxy và nitơ ở mặt sau, hoạt động khô thường xuyên, hơi từ quá trình làm sạch, sử dụng chất bôi trơn và điều kiện bảo quản, thì việc lựa chọn vật liệu vòng chữ O cũng phải tính đến những yếu tố này. Biểu đồ vật liệu không đủ cho một kịch bản tiếp xúc không được thể hiện trên bản vẽ hoặc không được chỉ định trong yêu cầu báo giá (RFQ).

Đối với một dự án công nghiệp thông thường, suy luận rất đơn giản: liệt kê mọi môi trường mà cao su tiếp xúc, sau đó ghi chú bề mặt nào bị lộ ra và liệu nó có bị kéo giãn hay không. Đừng sao chép giới hạn tuổi thọ của NASA. Hãy sao chép nguyên tắc kết nối vật liệu, hình dạng, môi trường và thời gian.

Vì sao hiện tượng nứt vỡ do ozone trong cao su được kiểm tra dưới tác động của lực căng?

Quy trình ISO 1431-1:2024 hiện hành đánh giá cao su lưu hóa hoặc cao su nhiệt dẻo dưới tác dụng của biến dạng kéo tĩnh hoặc động trong không khí chứa nồng độ ozone xác định. Tiêu chuẩn ASTM D1149 áp dụng tác dụng của ozone một cách có kiểm soát lên các mẫu đã được kéo giãn và đánh giá mức độ và bản chất của các vết nứt bề mặt. Cả hai hệ thống đều bao gồm biến dạng như một phần của câu hỏi, chứ không phải thông tin nền.

Ngoài ra, ASTM cảnh báo rằng kết quả từ các thử nghiệm tăng tốc có thể không hoàn toàn trùng khớp với hiệu suất thực tế trong điều kiện thực địa. Tuy nhiên, lời cảnh báo này rất dễ bị bỏ qua hoặc xem nhẹ. Các thử nghiệm so sánh trong phòng thí nghiệm có thể phân loại vật liệu theo một tập hợp các thông số thử nghiệm nhất định; nhưng chúng không có khả năng tái tạo chính xác tất cả các yếu tố của tình huống thực tế như mọi vết lõm và vết nứt, sự thay đổi nhiệt độ, thời gian không sử dụng, v.v.

Độ cứng chỉ là một manh mối, chứ không phải toàn bộ chẩn đoán.

Trên phần tư bị nứt của LV-58, độ cứng đường kính ngoài cao hơn gần bốn điểm Shore A so với các vị trí khác. Phân tích cơ học động cho thấy mô đun lưu trữ thấp hơn khoảng 25% ở khu vực đó. Vòng này không có tính chất đồng nhất xung quanh chu vi của nó.

Kết quả kiểm tra độ cứng khi nhận hàng vẫn có thể hữu ích, đặc biệt là để so sánh các lô hàng. Tuy nhiên, nó không thể tự mình chứng nhận tình trạng của gioăng đã lắp đặt trong tương lai. Vị trí lắp đặt rất quan trọng. Hướng vết nứt, kích thước, tính chất kéo giãn, hành vi rò rỉ và bề mặt tiếp xúc với đường đi của vết nứt cũng vậy. Việc kiểm tra độ bền gioăng O-ring tốt cần kết hợp các yếu tố quan sát này thay vì chỉ dựa vào một con số để đưa ra quyết định.

Thời hạn sử dụng và thời gian sử dụng sau khi lắp đặt là hai mốc thời gian khác nhau.

Tiêu chuẩn ISO 2230:2026 quy định về kiểm tra, ghi chép, đóng gói và bảo quản trước khi các sản phẩm cao su được đưa vào lưu thông. Đây là một tiêu chuẩn hữu ích để kiểm soát tình trạng kho hàng và khả năng truy xuất nguồn gốc. Tuy nhiên, nó không biến tuổi thọ của sản phẩm được lưu trữ thành dự đoán tuổi thọ sử dụng thực tế sau khi lắp đặt.

Sau khi lắp vòng đệm O-ring, đồng hồ sẽ thay đổi.

Sự ép, kéo giãn, nhiệt độ, môi trường, tiếp xúc với chất lỏng và thời gian ngừng hoạt động bắt đầu tác động lẫn nhau. Do đó, tuổi thọ hợp lý của gioăng cao su nên dựa trên hai dữ liệu: điều kiện bảo quản trước khi lắp đặt và lịch sử sử dụng của bộ phận. Việc kết hợp các dữ liệu này vào một trường "thời hạn sử dụng" chung chung không cung cấp cho đội ngũ bảo trì thông tin chính xác mà họ đang tìm kiếm.

Một quy trình xác thực sáu bước

Kiểm định là quá trình đối chiếu các thông số kỹ thuật vật liệu với yêu cầu sử dụng và bảo dưỡng sau khi lắp đặt.

Toàn bộ chuỗi các bước này có một ứng dụng cụ thể và do đó, nó bắt đầu bằng việc soạn thảo và kết hợp các tài liệu của hệ thống, sau đó đường dẫn hoặc lộ trình tiếp xúc sẽ được xác định để định vị một thành phần vật lý bên trong thiết bị. Theo quy tắc kiểm tra hoặc thay thế, bước cuối cùng này chỉ đơn giản cho thấy rằng thiết kế vẫn chưa được hoàn thiện và do đó, chưa có sự phê duyệt vĩnh viễn. Nó được liên kết với thiết lập đã được thử nghiệm với một lộ trình tìm kiếm tại hiện trường có thể thay đổi quy tắc.

Tám câu hỏi cần đưa vào yêu cầu báo giá (RFQ).

Bảng này không phải là yêu cầu cho mọi thử nghiệm trong phòng thí nghiệm có thể có. Nó là một cách để tìm ra điều kiện còn thiếu ngay từ đầu. Nếu gioăng vẫn bị ướt trong một máy nhưng lại khô ráo bên cạnh động cơ điện trong máy khác, thì cùng một tên hợp chất không làm cho hai nhiệm vụ trở nên giống hệt nhau. Đó là lý do tại sao tính tương thích vật liệu của vòng chữ O chuyển từ lựa chọn trong catalog sang quyết định kỹ thuật.

Trước khi dùng thử: Những gì Yida sẽ đánh giá

Đối với một dự án sản xuất gioăng kín thương mại, Công ty TNHH Sản phẩm Cao su Chính xác Đại Liên Yida sẽ bắt đầu với bản vẽ, yêu cầu về hợp chất, danh sách vật liệu, lịch sử nhiệt độ và khoảng thời gian bảo trì dự kiến. Chúng tôi bắt đầu với bản vẽ và hồ sơ hợp chất của vật liệu cần được làm kín, sau đó theo dõi dọc theo đường đi của nó cho đến khi đến được bộ phận phần cứng tiêu biểu. Bước cuối cùng này vẫn chỉ là bước chuẩn bị và không phải là bước cuối cùng.

Ngoài những điều đã nêu trên, việc kiểm tra cũng có thể hữu ích nếu xác định xem có vật gì tiếp xúc với gioăng sau khi đã được dán kín hay không, cũng như kiểm tra xem có rãnh hoặc chỗ lõm nào có thể khiến cao su bị lộ ra khi chịu lực hay không.

Trong trường hợp vấn đề là do vòng đệm NBR bị rách trước đó, một số bằng chứng liên quan sẽ bao gồm ảnh chụp vị trí vết nứt, hình ảnh bộ phận đã tháo ra, các thông số kiểm tra rò rỉ, thời gian lắp đặt, điều kiện/hồ sơ bảo quản, v.v. Ngoài ra, việc so sánh độ cứng hoặc kích thước với một mẫu chưa sử dụng sẽ rất hữu ích trong việc xác định xem sự hư hỏng là do tấn công hóa học, tiếp xúc với ozone, hư hỏng trong quá trình lắp ráp hay do hao mòn thông thường trước khi đề xuất vật liệu thay thế. Vui lòng gửi bản vẽ và ghi chú vận hành kèm theo mẫu trước khi đặt hàng. Yida có thể giúp chuyển chúng thành kế hoạch kiểm tra độ bền vòng đệm với giới hạn rò rỉ được ghi rõ, các điểm kiểm tra và kiểm soát sửa đổi. Đó là cơ sở vững chắc hơn cho tuổi thọ của gioăng cao su so với chỉ dựa vào tên vật liệu hoặc tuổi thọ theo lịch.