Análisis de fallas en bielas

8/13/2019 Análisis de fallas en bielas

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Ojo de biela Vástago Agujero para cigüeñal

Agujero para pasador de biela Asiento de cabeza de perno de biela Tapa de bielaBuje de pasador de biela Caras de contacto entre biela y tapa Asiento de tuerca de tapa de biela


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A.Los 120° inferiores del ojo de biela donde le pistón hace fuerza a través del pasadorB. La unión entre vástago y ojo de bielaC. En medio sel vástago donde las fuerzas de pandeo son las mas elevadasD. La unión entre vástago y agujero para el cigüeñal

E. Los filetes próximos al asiento de la cabeza del pernoF. Los 120° superiores del agujero para el cigüeñal donde el pistón aplica al muñon del cigüeñal las cargas de compresión e igniciónG. Los filetes próximos a los asientos de las tuercas


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FABRICACIÓN

Se forjan con acero de aleación con alto índice de resistencia y tenacidadCuando el acero sin trabajar esta caleinte (aprox.1200°C),se martilla en el troquel de forja,haciendo que la línea de texturasea paralela a las superficies de las áreas de concentración de esfuerzos

Después de forjadas las bielas se endurecen a RC 28 – Rc 32Luego se las granalla para eliminar todos los pequeños defectos de forja (escamas, picaduras,agujeros,microgrietas,etc)


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1. Defina el problema de manera clara y concisa2. Organice la recolección de datos3.Observe y registre los hechos4. Piense de manera lógica con los hechos5. Identifique la causa raíz mas probable

6. Cumuníquese con la parte responsable7. Realice las reparaciones como lo indica el manual del fabricante8. Seguimiento con el cliente


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Fuerzas externasFalla de cojinetes

Error de reacondicionamientoPernos flojos o quebrados


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BIELA DOBLADA

Por lo general se debe a una fuerza no común ,aplicada directamente por otra pieza pesada en movimiento o por

movimiento restringido del pistón.En estos casos había indicios de impacto en la biela o daños en los pistones que explican la falla


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Una inspección detallada de la parte superior del pistón revela apariencia normal.No ha habido contacto con laculata o con las válvulas


11/57La mitad inferior y la superior del cojinete,donde se aplican las fuerzas,parecen normales

Ó


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¿CÓMO ES POSIBLE QUE UNA BIELA SE DOBLE Y NODEJE INDICIO?

Una pérdida en el sistema de enfriamiento dejó pasar refrigerante a

la parte superior de la camisa del cilindro.

Cuando se puso en marcha el motor ,el refrigerante ocupó el lugar

entre el pistón y la culata,produciendo una traba hidráulica.

Esto a su vez ejerció una fuerza columnar en la biela,doblándola sindejar marcas en la biela o en la parte superior del pistón.

Si vemos una biela doblada y no hay marcas en el vástago o en el

pistón ,debemos investigar la posibilidad de pérdida de fluído

(refrigerante,combustible,agua de lluvia,nieve derretida,etc)en el

cilindro y la presencia de una traba hidráulica.

Esa traba puede llegar a producir una presión tan elevada que dañe

las empaquetaduras de la culata o produzca grietas en las camisas oparedes de los cilindros


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Esta biela volvió a la fábrica con el informe de que el cojinete de la biela N° 7 había patinado porque se había aflojado unatuerca.¿ustedes están de acuerdo con esta explicación?


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Al observar la biela y el cojinete,¿qué tipo de desgaste ven?

(Adherencia).Esta biela se sobrecalentó demasiado;podemos verlo en ladecoloración.(Observen los diferentes colores del vástago que empiezanen el agujero).Las manchas azules y negras de la oxidación indican quecerca del agujero la temperatura llegó a pasar de 816°C

¿Una tuerca floja puede haber generado tanta temperatura?

NO!,si una tuerca se afloja o el agujero para el cojinete se abre debido auna fractura por fatiga,el cojinte sufrirá un daño como resultado delimpacto al salirse del agujero.Si el cojinete y la biela están expuestos a taltemperatura,esto indica que el cojinete no tuvo suficiente aceite.

¿Cuál podría ser la causa de esto?

Nivel bajo de aceite,falla de la bomba de aceite,tubo de aspiracióncaido,válvula de derivación abierta,rsiduos que tapan el suministro deaceite del cojinete en cuestión


15/57El informe decía que la biela se había roto en la mitad del vástago y había dañado las otras piezas


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Después de que el cojinete se rompió,el cigüeñal golpeteó las paredes del agujero rayándolas y desconchándolasconsiderablemente.También noten que los bordes de las paredes se redondearon donde la biela estuvo en contacto con los filetes del muñóndel cigüeñalAl desarmarse no quedaba cojinete en el agujero.El cojinete se encontró en el colector de aceite,en pedazos pequeños,deescaso espesor y aplanados


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Las caras de unión entre biela y tapa estaban muy desportilladas,como se ve aquí ,pero el mecánico informó que lastuercas estaban bien enroscads en los pernos.Noten también que el agujero para el perno está agrietado hacia el exteriorde la biela,lo que indica que el perno se torció por impacto de una fuerza elevada


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Aquí se ve la cra del vástago roto:la superficie es suave,lisa y con muy poca deformación plástica.Además está,esta pulida,lo que indica que la biela estuvo rajada algún tiempo antes de quebrarse


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Esta biela falló en el agujero para el cigúeñal y terminó quebrándose cerca del asiento de la cabeza de

los pernos.El cojinete parece estar en buen estado,excepto en el área dañada.esto indica que elabastecimiento de aceite era bueno y que la causa no está en el cojinete


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La cara de la fractura es lisa y tiene un “oleaje” que se inicia en un punto situado en la parte superior

derecha del diámetro interior del agujero


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Las fracturas por fatiga que se inician en un solo lugar se deben a unconcentrador anormal de esfuerzos.La superficie del agujero muestra corrosión por desportillamiento en la partesuperior e inferior izquierda de la diapositiva,cerca de la cara de la fractura y en elpunto de iniciación

La corrosión por desportillamiento es probablemente el concentrador de

esfuerzos que produjo la grieta por fatiga.

Para llegar a la causa principal,el qe observa las piezas necesita ver también losotros cojinetes y los agujeros de bielas,verificar como se llevó a cabo elreacondicionamiento,etc

La falla pudo haber sido el resultado de corrosión por desportillamiento,existentecuando se hizo el reacondicionamiento o producida después dereacondicionar,originada quizás por volver a tornear el agujerosobremedida,dentro del cual el cojinete quedó flojo


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Otro ejemplo.El buje del pasador de biela se cambió al reacondicionar.En ese momento el buje empezó a girar y a salirse del

agujero.Noten igualmente que se desprendió un pedazo pequeño que fue a para al cárter


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Si el motor hubiera funcionado mas tiempo en esta condición,la parte del buje

que quedó adentro se hubiera sobrecalentado y el daño hubiera sido mayor.

Aunque no podemos determinar todavía la causa exacta de la falla,por eldesgaste que sufrió el buje,lo mas probable es que la falla se deba a doserrores de reaconcionamiento

1. Mala alineación del buje del pasador de biela durante la instalación,lo que hizoque rajara o torciera y se aflojaran en el agujero.Esto pudo ser el resultado deusar herramientas inadecuadas o de tratar de instalarlo a presión en frío,enlugar de calentarlo antes,según las especificaciones.

2. El agujero pudo estar mal medido y ser de tamaño mayor que el tamañorequerido.En consecuencia el nuevo buje quedó flojo dentro del agujero


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Observen este grupo de piezas rotas. ¿Qué ven?La biela se rompió en el asiento de la cabeza del perno2. Se rompió un perno.El otro está doblado y todas las roscas estan dañadas3. La tapa de la biela se “abisagró” en la parte inferior de la superficie de contacto,indicando que se rompió después de

haber fallado el otro lado.No hay desgaste por adherencia,lo que prueba que el cojinete no patinó4. Los cojinetes estan desgastados,pero no patinaron ni fallaron por falta de lubricación


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Aquí vemos la parte de la biela que va arriba de la superficie de contacto.No hay desportillamiento por rozadura en lacara de unión pero hay daño en el borde interior,lo que indica que la golpeó el cigüeñal después que el perno salió delagujero.recuerden que este es el lado de la unión que se abrió primero


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Este es el otro extremo de la misma pieza.¿Qué tipo de daño sufrió?El daño fue de corte por impacto,según los indicios(no hay oleaje,la superficie es suave y sedosa,las mellas y el dañoproviene de la elevada fuerza externa,aplicada después que el perno salió del agujero).Como vimos anteriormente el cortepor impacto es un resultado,no la causa de una falla


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Lo anterior nos lleva a examinar el perno.La inspección del perno y de

la tuerca revelan que ésta retrocedió


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Noten que:

Los filetes del perno están muy dañados,por moverse en el agjero sin tener tuerca

instalada

2. Las últimas roscas de la tuerca se robaron por sobrecarga cuando la tuercaretrocedió hasta donde quedaron enganchadas,y

3. La cara plana de la tuerca que sirve de arandela está muy golpeada y hasta

echada en el agujero del perno

El agujero de la biela aparentemente no estaba sobrecargado por el excesivoespacio libre del cojinete desplazado.el perno se aflojó probablemente por noestar debidamente ajustado

Ahora necesitamos saber quién fue el último que apretó el perno¿Cuál eras el kilometraje u horas de servicio? Se había reacondicionado el motor

o se le habían puesto cojinetes nuevos?


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¿Qué indicios encuentra en este conjunto de piezas rotas?Respuesta correcta: Las piezas se deben …..


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Al examinar los cojinetes vemos que se dañaron sólo por el impacto de la biela,la tapa y el cigüeñal.al desprenderse latapa.El cojinete es sobre medida ,lo que indica que el motor fue reacondicionadoEl nivel y la calidad de aceite fueron los adecuados,por eso no hubo desgaste por abrasión o adherencia,en la partedelantera o parte posterior de los cojinetes


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Aquí se ve la cara de la fractura de la biela y del perno,dwsde el lado opuesto allado “abisagrado” ¿Qué pueden deducir de esta imagen?


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1.La cara de la fractura de la biela tiene los indiciostípicos de un corte por impacto (no hay “oleaje”,lasuperficie es lisa y sedosa hacia el interior del agujeroy mas áspera y leñosa al convertirse en fractura dúctilcerca de la superficie exterior de la biela).Todo estoindica que el corte se debió a un impacto y qué,por lotanto,se trata de un daño resultante.

2. La cara de la fractura del perno es típica de una fractura

por fatiga (lisa y suave con fractura final dúctil cercadel borde izquierdo).Las fracturas por fatiga se asocianpor lo general con la causa original


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Esta imagen ampliada tiene un “oleaje” que comienza en el lado derecho de la fractura y se extiende hacia el izquierdo,hasta

que se produjo la fractura final dúctil.


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Problemas Intrínsecos

Pliegues de forjaTratamiento TérmicoTorneado/GranalladoMontaje


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Este ojo de biela se encontró en una reparación general a elevadas horas de servicio.No había fallado,pero es un buenejemplo de una solapa de forja en la parte inferior de la imágen


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¿Podrían decir lo que ocurrió?Respuesta correcta:hay que examinar detenidamente cada una de las piezas


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Este es uno de los pedazos de la tapa de biela que se rompió en dos.¿Qué tipo de fractura tiene? ¿Lafractura produjo la falla o es el resultado de otra cosa?

La fractura es dúctil (áspera,leñosa y con deformación plástica),por lo tanto es un daño resultante.lacausa original debe estar en otra parte


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La cara de la fractura en la biela dice lo que pasó.¿Qué indicios hay?


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1.Una área pequeña muy desportillada,avanzando un poquito desde ellado izquierdo hacia la biela

2. “oleaje” que empieza en la arista derecha del área pulida y progresacasi por toda la cara de la fractura hacia la derecha,es decir haciael agujero de la biela

3. Varias mellas al comienzo de las “olas”

4. Una fractura final pequeña en el extremo derecho de la cara de lafractura en el agujero de la biela

¿Qué le dicen éstos indicios?

Que había una grieta a la izquierda de la cara de la fractura queprodujo un concentrador de esfuerzos,ocasionando varias grietaspor fatiga.Posteriormente dichas grietas se unieron y formaron unafractura mayor que creció hasta terminar en una fractura dúctil


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Aquí se ve el punto de iniciación ampliado,donde se encuentra la pregrieta (superficie muy pulida y deportillada por

roce) y la cara de la fractura por fatiga.Es muy posible que esta grieta sea una solapa o pliegue formado durante laoperación de forja


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Al observar la pieza ampliada y con mejor luz ¿Qué detalles descubrimos?


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Al observar la pieza ampliada y con mejor luz ¿Qué detalles descubrimos?


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En la parte superior central es posible ver una caraoscurecida,suave y lisa de la fractura.

Debajo de ésta área hay otra fractura de color masclaro.Tiene varias mellas en el punto de iniciación y un“oleaje” que va desde allí hasta el alma.

El área mas oscura arriba del punto de iniciación (dondeempieza el “oleaje” y las mellas) es una grieta grande deenfriamiento.El color oscuro de la superficie es el óxido azúlnegro que se formó al enfriar la pieza.

Esta grieta creó un concentrador de esfuerzos importante deaproximadamente 8,que a su ves dio origen a la grieta porfatiga de la biela y que siguiendo la línea de textura se fuehacia el alma del vástago


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Esta tapa de biela tiene una fractura en el abocardado del agujero para

asentar la tuercas


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La unión de biela opuesta al lado que se fracturó muestra el abisagramiento típico que indica que la biela se abriódespués que el otro lado se soltó


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Aquí tenemos una imagen ampliada del punto de iniciación que se encuentra en el lado derecho inferior de la cara defractura.El punto de iniciación está en la arista cortante donde las superficies del filete y la arista exterior de la tapa seunen.Esta arista por lo general se alisa para sacar las rebarbas,y el área de los filetes se granalla.Ninguna de las dos

operaciones se hizo según las especificaciones y,como resultado,se produjo una concentración anormal de esfuerzos queinició la fractura por fatiga


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Esta imagen del asiento de la tapa de la biela muestra bien el problema.Comparen las superficies del asiento de la tuerca en la parte superior de la diapositiva y en

la inferior.la primera fue granallada,la segunda no.Noten también la arista cortante que seformó


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Consideren estas piezas de biela y cojinete fracturados.Parece que la falla esta en la parte superior de

la biela,sin embrago,debemos examinar bien y sistematicamente todas las partes para hallar los“indicios” de la verdadera causa


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La ampliación de la cara inferior indica que la superficie es mas bien áspera.Hay arrugas de izquierda a derecha:son zonasde interrupción de la fractura dúctil que probablemente tomó mas de un ciclo de carga para agrietarla completamente.¿Qué falló primero:el ojo de biela o el buje?.Considerando la condición del buje(hecho pedazos a golpes),es muy probable

que fuera el primero en romperse,dejando mayor abertura entre el pasador de biela y el buje.Esto produjo golpeteo delpistón y fractura en unos pocos ciclos.Hasy que preguntarse ¿Qué produjo la falla del buje?


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Si vemos una diapositiva anterior,comprobamos que se nos ha pasado algo.Observen el pedazo debuje en el círculo.Esta parte no recibió los golpes del pasador de biela.En conclusión,el buje se movió y/o resbaló del agujero perdiendo un pedazo que cayó en el cárter

La sección del buje se quedó adentro se sobrecargó con el pasador de biela debido a menor área deapoyo


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Esta es una falla de ojo de biela con apariencia diferente.¿Que la produjo?R.Es necesario tener una imagen mas ampliada


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Una inspección detallada del buje del pasador de biela revela que parece normal,excepto por el daño producido porimpacto y los cortes en la parte posterior

Noten que los cortes de la parte superior son solo 2/3 a través del buje (de derecha a izquierda).Esto indica que el ojo seabrió y dejó que el cojinete se moviera y que la biela lo cortara con el borde agudo de la grieta.


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Aquí vemos la cara de fractura con un leve oleaje.La cara es lisa y suave cerca del ojo de la biela y cada vez masáspera a medida que baja hacia el alma.Todo esto indidica que se produjo una grieta por fatiga por la cara de fractura desde la porción inferior de 120°,donde

los esfuerzos son mas elevados,hasta el alma del vástago.Por lo tanto,debió haber un concentrador de esfuerzos(evidencia desafortunadamente destruida por la fractura)en el agujero de donde progresó la fractuta por fatiga


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La pregunta es : ¿Quién instaló el

cojinete? (el fabricante,el distribuidor,elcliente,etc) y ¿Cómo pudo producirse unconcentrador de esfuerzos? (Elconcentrador se debió probablemente aque se rayó el agujero de la biela duranteel montaje,cuando el buje del pasador debiela se instalaba a presión).No olviden qu

ésta área recibe mucha carga y no puedetolerar ningún concentrador de esfuerzos


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