Under 2014, Kazakstans nyaste och största oljefält var tänkt att bli en stor bidragande faktor till det globala utbudet. Men inom en månad efter operation, en total avstängning inträffade. Utan varning, stora sprickor uppstod i dess rörledningar. Under de kommande två åren, fältet förblev inaktivt på grund av kostsamma reparationer. Orsaken:försprödning av rörledningarna.

Som ben, olje- och gasledningar lider av bräcklighet och sprickbildning. Nu föreslår en grupp forskare vid University of Texas i San Antonio (UTSA) och Southwest Research Institute (SwRI) att undersöka hur väteförsprödningsförhållandena utvecklas. Deras forskning är inriktad på en legering som används inom olje- och gasindustrin, men tillverkas genom additiv tillverkning (AM).

"Driftsförhållandena i olje- och gasindustrin kan leda till väteförsprödning. Detta fenomen orsakar att strukturer går sönder i förtid som ett resultat av väteintag i materialet. Vätgas när det väl är inne i materialet interagerar med legeringens mikrostruktur vilket försämrar dess mekaniska prestanda och resulterar i spröd fraktur utan varningstecken, " sa biträdande professor Brendy Rincon Troconis vid UTSA Department of Mechanical Engineering.

AM har omfamnats av många anledningar på fabriksgolvet. Med användning av AM, mer komplexa mönster och material kan skapas ett lager i taget. AM minskar även omkostnader eftersom delar kan monteras snabbt på plats, snarare än att hålla ett stort dyrt lager.

Även om många branscher snabbt tar till sig AM, forskarna är oroade över att det inte har gjorts tillräckligt många tester av hur väteförsprödning påverkar materialets prestanda hos just denna metall. San Antonio-forskarna kommer att fokusera på nickel-718-legeringen eftersom den kan användas under kritiska förhållanden där höga mekaniska egenskaper och korrosionsbeständighet önskas.

Professor Rincon Troconis forskning påverkar inte bara olje- och gasindustrin. Fler och fler AM-metaller introduceras i flyg- och rymdindustrin. Airbus Defence har testat AM-material i sina framdrivningssystem. Space X använder redan AM-material för att tillverka vissa delar av Falcon Rocket 9 och Super Draco-motorkammaren. DNV-GL, en internationell leverantör av tjänster för riskhantering och kvalitetssäkring, främjar redan ett initiativ för att upprätta riktlinjer och certifieringar för hur AM-delar kommer att användas i offshoreapplikationer.

Även om säkerhetsåtgärder är väsentliga, utan tillräckligt med testdata för att förstå effekten av väteförsprödning på AM-legeringars prestanda, säkerheten för AM-tillverkade system är fortfarande okänd.

Professor Rincon Troconis och W. Fassett Hickey från SwRI:s Mechanical Engineering Division kommer att arbeta för att förstå hur AM nickel-718-integriteten påverkas av väteförsprödning. Troconis och Hickey kommer att studera väteförsprödning på molekylär nivå för att se hur väteatomernas placering påverkar metallmaterialets integritet under de höga tryck och förhöjda temperaturer som är typiska för borrmiljöer. Detta kommer att utföras i SwRI:s unika testanläggningar, som tillåter mekanisk testning i gasformigt väte upp till 3, 000 PSI och 500 grader Fahrenheit. UTSA:s kommer att använda sin termiska desorptionsspektrometer (TDS) och scanning kelvin probe force microscope (SKPFM), ett av få universitetslaboratorier i landet med kombinationen av dessa avancerade teknologier.

Studien av väteförsprödning möjliggörs av Connect-programmet, ett gemensamt finansierat samarbetsinitiativ mellan UTSA och SwRI. Forskarna hoppas att ha data tillgängliga senast sommaren 2020 för att ge bättre vägledning till industrier om hur man designar AM-delar som är mindre mottagliga för väteförsprödning. För närvarande, få nationella labb arbetar med den här typen av forskning.

"Genom att förstå mer om väteförsprödning av AM-material, vi kan ge viktig information, med mer självförtroende, att optimera AM- och eftertillverkningsprocesserna och förhindra spröda brott i framtida och nuvarande system, samtidigt som AM-tekniken utvecklas, vilket allt kommer att leda till bättre skydd av samhället, dess tillgångar, och miljön, " sa Rincon Troconis.