O-kręg ocena zgodności nie może opierać się wyłącznie na średnicy wewnętrznej, średnicy przekroju i średnicy zewnętrznej.

Zgodność wymiarowa świadczy jedynie o tym, że pierścień „może zostać zamontowany” lub „jest zbliżony do wymagań projektowych”, ale nie dowodzi, że zapewni uszczelnienie pod wpływem ciśnienia, temperatury, medium roboczego, długotrwałej kompresji oraz naprężeń rozciągających występujących podczas montażu. Nawet pierścień O o pełnej zgodności wymiarowej może ulec przeciekowi z powodu niewłaściwej klasy materiału, niedostatecznego utwardzenia, odchylenia twardości, nadmiernego odkształcenia trwałego, rozprężania pod wpływem medium lub pęknięć po starzeniu.

W przypadku personelu ds. jakości, zakupów oraz zarządzania dostawcami, kontrola jakości wejściowej (IQC) powinna opracować wielopoziomową logikę inspekcji:

Zastosowanie ogólne: wymiary, wygląd, twardość, dokumenty oraz śledzalność partii stanowią podstawę.

Krytyczne zastosowanie: konieczne jest dodanie sprawdzania wytrzymałości na rozciąganie, wydłużenia przy zerwaniu, odkształcenia resztowego po ściskaniu, starzenia się oraz zanurzenia w ośrodkach i innych badań wydajności.

1. Pierwsze sprawdzenie dokumentów i śledzalności partii: to punkt wejścia kontroli jakości materiałów przychodzących

Inspekcja pierścieni uszczelniających (O-ring) nie powinna zaczynać się od suwmiarki — powinna zaczynać się od dokumentacji dotyczącej partii, specyfikacji, materiału i dostawcy.

ISO 3601-5 jest jednym z ważnych podstawowych dokumentów określających materiały elastomerowe do pierścieni uszczelniających typu O-ring; jego zakres obejmuje zastosowania przemysłowe O-ringi , a w szczególności podkreśla, że konkretne właściwości fizyczne oraz metody badań powinny zostać uzgodnione między producentem/użytkownikiem urządzenia a dostawcą.

Zalecenie zarządzania: zamówienie zakupowe nie powinno zawierać jedynie zapisu „pierścień uszczelniający typu O-ring 20×2,4, twardość 70 ShA”. Minimalnie wymagane są jasne określenia: materiał, twardość, norma lub wersja rysunku określająca wymiary, klasa wykończenia wizualnego, kluczowe wymagania dotyczące właściwości użytkowych, wymagania dotyczące śledzenia partii, pozycje danych w certyfikacie zgodności (COA) oraz częstotliwość kontroli.

2. Kontrola wymiarów: konieczna, ale niewystarczająca

Wymiary stanowią podstawowy element kontroli jakości przy odbiorze (IQC), jednak ponieważ pierścienie uszczelniające typu O-ring są materiałami sprężystymi, pomiar ich wymiarów łatwo ulega zaburzeniom spowodowanym dociskaniem, rozciąganiem, temperaturą pomiaru oraz wpływem operatora; nie można więc dokonywać ich oceny w sposób uproszczony za pomocą suwmiarki.

Wymagane wymiary

ISO 3601-1:2012 określa średnicę wewnętrzną, przekrój poprzeczny, tolerancje wymiarowe oraz numer oznaczenia (dash number) dla pierścieni uszczelniających typu O-ring w układach hydraulicznych i pneumatycznych; dotyczy ogólnych zastosowań przemysłowych oraz pierścieni uszczelniających typu O-ring w przemyśle lotniczym i kosmicznym; na stronie tej normy podano, że wydanie z 2012 r. pozostaje obowiązujące po potwierdzeniu jego ważności w 2022 r.

Zakres kontroli wymiarowej

Kontrolę wymiarową należy oceniać zgodnie z rysunkiem technicznym lub porozumieniem jakościowym; w przypadku braku dedykowanego rysunku można się uzgodnić z normami ISO 3601, AS568, JIS lub wewnętrzną normą firmy. Dla pierścieni uszczelniających typu O-ring o małej średnicy przewodu siła zacisku suwmiarki łatwo powoduje odkształcenie ściskające, dlatego zaleca się stosowanie pomiaru bezkontaktowego, specjalistycznego uchwytu pomiarowego do pierścieni O-ring, projektora lub zweryfikowanych narzędzi pomiarowych. W przypadku komponentów krytycznych zaleca się rejestrowanie rzeczywistych wartości zmierzonych, a nie tylko zapisywanie „OK”.

Ograniczenia kontroli wymiarowej

Kwalifikacja wymiarowa nie może potwierdzić poprawności materiału, nie może potwierdzić wystarczającego utwardzenia, nie może potwierdzić, że długotrwała odporność na odkształcenie po ucisku pozostaje nadal dobra, ani nie może potwierdzić, że materiał nie rozpuści się, nie stwardnieje ani nie pęknie w oleju, wodzie, parze, niskiej temperaturze lub środowiskach chemicznych.

3. Kontrola wyglądu: Wiele przecieków zaczyna się od wad powierzchniowych

Kontrola wyglądu nie polega na stwierdzeniu, że „wygląda mniej więcej dobrze”. Powierzchnia uszczelniająca pierścienia O-ring jest bardzo wrażliwa – lokalne wady, pęcherzyki, pęknięcia, niestandardowe linie rozdzielenia formy oraz zanieczyszczenia mogą stać się ścieżkami przecieku.

Co sprawdzać podczas kontroli wyglądu

Do oceny estetycznej pierścieni uszczelniających stosuje się normę ISO 3601-3:2005, która definiuje i klasyfikuje tego typu wady oraz określa maksymalne dopuszczalne granice; najnowsze potwierdzenie ważności tej normy wykazało, że wersja z 2005 r. pozostaje obowiązująca, a w 2018 r. opublikowano jej zmianę.

Zalecenia dotyczące oceny wyglądu

Ogólne części przemysłowe mogą być badane pod kątem wyglądu zgodnie z ogólnymi kryteriami inspekcji; w przypadku zastosowań kluczowych, takich jak hydrauliczne, gazowe, paliwowe, medyczne, spożywcze, próżniowe oraz półprzewodnikowe, należy stosować surowsze kryteria oceny wyglądu, a także wyraźnie określić, że powierzchnia uszczelniająca nie może zawierać pęknięć, cięć, pęcherzyków, obcych ciał, widocznych nadmiarów gumy (flash) ani braków gumy.

4. Badanie twardości: element podstawowy do oceny stanu materiału i spójności jego składu

Twardość to jeden z podstawowych elementów kontroli jakości przy odbiorze (IQC), ale nie oznacza to, że im wyższa twardość, tym lepiej — musi ona odpowiadać rysunkowi, specyfikacji materiału oraz zastosowanej metodzie badań.

Na czym skupić się przy badaniu twardości

ISO 48-4:2018 określa metodę pomiaru twardości Shore gumy wulkanizowanej lub termoplastycznej przy użyciu twardościomierza; obejmuje typy badań A, D, AO, AM i inne; na stronie tej normy podano, że wydanie z 2018 roku pozostaje obowiązujące po ponownym potwierdzeniu w 2024 roku. ASTM D2240 jest również powszechnie stosowaną metodą pomiaru twardości gumy; jej zasada opiera się na głębokości wgłębienia głowicy pomiarowej wciskanej w określonych warunkach.

Typowe znaczenie niezgodnej twardości

Zbyt niska twardość może oznaczać niedostateczne utwardzanie, nadmiar plastycznika lub nadmiar wypełniaczy pochłaniających; zbyt wysoka twardość może wynikać z nadmiernej utwardzalności, starzenia się materiału, nieprawidłowego składu lub mieszania materiału o wysokiej twardości. Taka sama twardość nie gwarantuje jednak pełnej zgodności, ponieważ różne materiały o tej samej twardości mogą mieć zupełnie różną odporność na oleje, temperaturę, parę wodną oraz odporność na niskie temperatury i ozon.

5. Wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie przy rozerwaniu: weryfikacja materiału i jakości utwardzania

W przypadku kluczowych zastosowań sama twardość nie wystarcza. Należy dodatkowo przeprowadzić badania wytrzymałości na rozciąganie i wydłużenia przy rozerwaniu, które pozwalają ocenić wytrzymałość masy, stan utwardzenia, stabilność składu oraz odporność na obciążenia montażowe.

ISO 37:2024 służy do pomiaru właściwości rozciągania gumy wulkanizowanej i gumy termoplastycznej; obejmuje wskaźniki takie jak wytrzymałość na rozciąganie, wydłużenie przy zerwaniu, napięcie przy stałym wydłużeniu oraz naprężenie odpowiadające granicy plastyczności. ASTM D412 to również powszechnie stosowana metoda badania właściwości rozciągania gumy i elastomerów termoplastycznych; znajduje się w katalogu norm ASTM dotyczących gumy jako D412-16(2021) „Standard Test Methods for Vulcanized Rubber and Thermoplastic Elastomers — Tension.”

Zalecenie IQC: dla ogólnych partii materiałów wprowadzanych do produkcji można wymagać od dostawcy przedstawienia certyfikatu zgodności (COA) dla danej partii; w przypadku komponentów krytycznych zaleca się regularne ponowne badania przez niezależne laboratorium lub własne laboratorium. Dla tego samego dostawcy, tego samego materiału, tej samej formy i tego samego systemu utwardzania należy ustalić historyczny trend, a nie ograniczać się jedynie do oceny, czy pojedyncza partia przekracza wartość graniczną.

6. Ubytek po ściskaniu: kluczowy wskaźnik trwałości uszczelnienia pierścieni O.

Ubytek po ściskaniu jest jednym z najważniejszych wskaźników wydajności pierścieni O. Uszczelnienie pierścienia O zależy od siły odbicia po ściskaniu; jeśli ubytek po ściskaniu jest zbyt wysoki, długotrwałe ciśnienie kontaktowe przy ściskaniu maleje, co w końcu prowadzi do wycieku.

Dlaczego ma to większe znaczenie niż wymiary

O-ring o wymiarach zgodnych z normą może być szczelny po pierwszym zamontowaniu; jednak jeśli materiał ma słabe właściwości odporności na odkształcenie trwałego, po działaniu wysokiej temperatury, długotrwałego ściskania lub czynników środowiskowych przechodzi w stan „skompresowany i nieodwracalny”. W tym momencie nawet jeśli wymiary po demontażu wydają się nadal poprawne, rzeczywista siła uszczelniająca jest już niewystarczająca.

ISO 815-1:2019 określa metodę określania odkształcenia trwałego (compression set) gumy wulkanizowanej i gumy termoplastycznej w temperaturze pokojowej lub wysokiej temperaturze; jej celem jest pomiar zdolności utrzymywania właściwości sprężystych gumy po ustalonej deformacji, przez ustalony czas i przy stałym obciążeniu ściskającym; na stronie tej normy podano, że wydanie z 2019 roku pozostaje aktualne po potwierdzeniu w 2025 roku. ASTM D395 wyjaśnia również, że badanie odkształcenia trwałego służy do oceny zdolności utrzymywania właściwości sprężystych gumy po długotrwałym działaniu naprężeń ściskających.

Zakres kontroli odkształcenia trwałego

Główne zalecenia dotyczące zastosowania: badanie utraty sprężystości (compression set) należy wykonywać obowiązkowo przy wprowadzaniu dostawcy, zatwierdzaniu materiału, corocznym ponownym weryfikowaniu oraz po istotnych zmianach.

7. Badania starzenia: weryfikacja zachowania właściwości pod wpływem ciepła, tlenu i czasu

Badania starzenia służą do symulacji degradacji właściwości materiału pod wpływem ciepła, tlenu i czasu. Podczas eksploatacji pierścienie O-ring mogą przez długi czas stykać się z gorącym powietrzem, gorącym olejem, parą, cieczą chłodzącą lub środowiskiem komory silnika; po starzeniu zwykle występuje ich utwardzenie, kruchość, spadek wydłużenia, zwiększenie liczby pęknięć oraz wzrost utraty sprężystości (compression set).

ISO 188:2023 określa metody przyspieszonego starzenia i badania odporności na ciepło dla kauczuku wulkanizowanego / kauczuku termoplastycznego / elastomeru termoplastycznego, obejmując wiele metod.

Na co zwrócić uwagę po przeprowadzeniu testu starzenia

Głównym kryterium oceny nie jest „zgodność z wymogami przed starzeniem”, lecz „czy materiał nadal spełnia wymagania użytkowe po starzeniu”. Np. w zastosowaniach przy wysokiej temperaturze – hydraulicznych, silnikowych, z powietrzem skompresowanym, ze strumieniem pary oraz w sterylizacji medycznej – należy oceniać zmiany twardości, wytrzymałości na rozciąganie, wydłużenia oraz odkształcenia permanentnego jako wskaźniki łączone.

8. Testy zanurzeniowe w ośrodkach: potwierdzenie zgodności materiału z użytkowym ośrodkiem

Niepowodzenie uszczelki typu O-ring często wynika z niezgodności z ośrodkiem. Materiały takie jak NBR, EPDM, FKM, VMQ i HNBR mają określony zakres stosowalności w różnych ośrodkach. Błędny dobór materiału, błędne wymiary lub wybór materiału, który sam w sobie spełnia normy, może mimo to prowadzić do napęcznienia, kurczenia się, mięknięcia, utwardzenia lub pękania pod wpływem rzeczywistego ośrodka.

ISO 1817:2024 opisuje metodę oceny odporności gumy wulkanizowanej i gumy termoplastycznej na działanie cieczy poprzez pomiar zmian właściwości przed i po zanurzeniu; obejmuje produkty naftowe, rozpuszczalniki organiczne, odczynniki chemiczne oraz odniesienne ciecze do badań itp.; ASTM D471 stosuje się również do oceny zmian właściwości materiałów gumowych pod wpływem cieczy i wskazuje, że części uszczelniające, uszczelki, węże oraz inne wyroby gumowe mogą być narażone na działanie oleju, tłuszczu lub innych mediów, a pogorszenie ich właściwości może prowadzić do awarii komponentów.

Co sprawdzać podczas zanurzania w medium

Typowe ryzyko

EPDM zazwyczaj nie nadaje się do zastosowań w środowiskach zawierających oleje pochodzenia petrochemicznego; NBR stosunkowo dobrze odporno na media olejowe, ale może okazać się niewystarczający w warunkach wysokiej temperatury, działania ozonu, określonych paliw lub chemikaliów; FKM wykazuje silną odporność na wysoką temperaturę oraz większość rozpuszczalników, lecz nie jest odporny na wszystkie zasady, ketony, parę wodną ani niskie temperatury. Ostateczna ocena musi opierać się na konkretnym medium, jego stężeniu, temperaturze, ciśnieniu oraz czasie ekspozycji.

9. Zalecana klasyfikacja inspekcji pierścieni uszczelniających (O-Ring) w ramach kontroli jakości przy odbiorze (IQC)

A. Ogólna kontrola przy odbiorze – zastosowanie ogólne

Stosowalne w ogólnych zastosowaniach zapobiegających wpływowi pyłu, przy niskim ciśnieniu, bez znaczenia dla bezpieczeństwa oraz łatwych w wymianie.

B. Kontrola przyjmowanych materiałów – krytyczne zastosowania

Stosuje się do urządzeń hydraulicznych, pneumatycznych wysokociśnieniowych, paliwowych, hamulcowych, chłodzących, medycznych, spożywczych, próżniowych, półprzewodnikowych oraz lotniczych i kosmicznych, a także do urządzeń zaprojektowanych na długotrwałą eksploatację bez konieczności konserwacji

10. Szablon listy kontrolnej inspekcji IQC gotowej do bezpośredniego użycia

11. Osoby odpowiedzialne za jakość, zakupy oraz zarządzanie dostawcami – obszar szczególnego uwagi

Dla pracowników ds. jakości

Uwaga nie powinna skupiać się na pytaniu „czy wymiary tej partii były poza tolerancją?”, lecz na ustaleniu „trendu wydajności partii”: zaleca się opracowanie miesięcznego lub sezonowego wykresu trendów dla dostawcy z uwzględnieniem twardości, wytrzymałości na rozciąganie, wydłużenia i odkształcenia resztowego pod ciśnieniem. Jeśli miesięczny trend określonego dostawcy zbliża się do dolnej granicy dopuszczalnej, nawet jeśli każda partia spełnia wymagania, należy ją również wpisać do listy monitorowania ryzyka.

Dla pracowników ds. zakupów

Specyfikacje zakupowe muszą być sformułowane jednoznacznie. Przykład niepoprawny: „pierścień uszczelniający, kolor czarny, twardość 70°, zgodnie z próbką.” Lepszy sposób opisu: „pierścień uszczelniający, materiał FKM, twardość 75±5 Shore A, wymiary zgodne z rysunkiem XXX Rev.C, wygląd zgodny z normą ISO 3601-3, klasa N lub wewnętrzną normą firmy; certyfikat zgodności (COA) musi zawierać dane dotyczące twardości, wytrzymałości na rozciąganie, wydłużenia i odkształcenia resztowego pod ciśnieniem; każda partia musi być śledzona w odniesieniu do partii mieszanki i partii utwardzania.”

Dla pracowników ds. zarządzania dostawcami

Audyt dostawcy powinien skupiać się na następujących pytaniach: czy dostawca potrafi śledzić partię mieszanki, partię mieszania, partię utwardzania i partię wysyłki; czy posiada system zarządzania formami, kontrolę krzywej utwardzania, inspekcję pierwszego wyrobu, inspekcję okresową, inspekcję końcową oraz system zachowywania próbek; czy może zapewnić możliwość testowania właściwości fizycznych lub raporty zewnętrznej firmy badawczej; czy informuje z wyprzedzeniem o zmianach w składzie, surowcach, miejscu pochodzenia, procesie technologicznym oraz wymianie form; czy stosuje procedurę 8D do zamknięcia pętli w przypadku zwrotów od klientów oraz problemów z wyciekami.

12. Powszechne nieporozumienia

Nieporozumienie 1: zgodność wymiarowa to zgodność. Błędne stwierdzenie. Wymiar odnosi się wyłącznie do zgodności geometrycznej i nie odzwierciedla właściwości materiału, procesu utwardzania, odporności na media ani długotrwałej wydajności uszczelnienia.

Nieporozumienie 2: zgodność twardości oznacza brak problemów z materiałem. Błędne. Różne materiały mogą wykazywać podobną twardość, ale odporność na olej, odporność na ciepło, odporność na parę, odporność na paliwo oraz odporność na chemikalia są zupełnie różne.

Błędne przekonanie 3: dostarczenie certyfikatu zgodności przez dostawcę oznacza, że nie jest wymagane testowanie. Błędne. Certyfikat zgodności powinien zawierać rzeczywiste dane pomiarowe, standard testu, powiązanie z partią oraz ważność raportu. Kluczowe elementy muszą być okresowo testowane ponownie.

Błędne przekonanie 4: wada wykończenia wpływa tylko na wygląd. Błędne. Wady powierzchniowe uszczelki O-ring, takie jak pęknięcia, pęcherze, natopy i zanieczyszczenia, mogą bezpośrednio wpływać na uszczelnienie.

Błędne przekonanie 5: compressia może być pominięta. Błędne. W przypadku długotrwałego uszczelniania compressia często lepiej odzwierciedla żywotność uszczelnienia niż początkowe wymiary.