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        某電廠空壓機電機軸斷裂原因分析

        2012-02-20 03:32:04張留斌耿進鋒王曉晨
        裝備制造技術(shù) 2012年8期
        關(guān)鍵詞:裂紋

        張留斌,耿進鋒,王曉晨

        (河南省電力公司 電力科學(xué)研究院,河南 鄭州 450052)

        2012年2月17號,河南某發(fā)電公司#1、#2機組#2空壓機電機軸,發(fā)生斷裂事故,#2空壓機為英格索蘭公司生產(chǎn)的M250型空壓機,電機軸材質(zhì)為#42鋼。

        1 現(xiàn)場檢查情況及宏觀分析

        現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn),電機軸斷裂處位于驅(qū)動側(cè)軸承套內(nèi),距連接齒輪約200 mm。據(jù)了解,該軸在運行過程中,曾發(fā)生塌落事故,并造成軸外表磨損,電廠外委進行了噴涂處理。檢查發(fā)現(xiàn)斷口附近軸表面整圈進行了噴涂處理,厚度約1mm。電機軸斷口具有明顯的放射線紋,斷面上有多處面積較大的冶金缺陷,裂紋源點由冶金缺陷處撕裂斷開。

        現(xiàn)場調(diào)取#2空壓機電機電流記錄,發(fā)現(xiàn)軸斷裂前由于空壓機負荷在不斷調(diào)整,電機電流每隔1 h左右,在14~32 A之間波動。事發(fā)前12 h,空壓機一直帶負荷運行,電流維持在30 A左右,2012年2月17日21:20左右,電流升至32 A,電機軸斷裂。

        2 斷口試驗分析

        采用X-Met3000TX手持式光譜儀,對電機軸進行檢測,發(fā)現(xiàn)電機軸基體和噴涂層含F(xiàn)e和Mn兩種元素,未見其他合金元素,二者材質(zhì)均為碳鋼。

        2.1 斷面微觀組織形貌檢測

        在體視顯微鏡下,進行斷口形貌觀察,斷口內(nèi)部存在較多冶金缺陷,裂紋沿冶金缺陷處開裂擴展。

        對試樣進行拋光、采用4%硝酸酒精溶液浸蝕,試樣斷面呈現(xiàn)4種不同組織形貌(見圖1~圖4)。試樣斷面不同,區(qū)域組織形貌并不相同,其中圖1為涂層組織形貌。

        圖1 涂層位置金相組織形貌圖

        圖2 近涂層位置金相組織形貌圖

        圖3 近基體位置金相組織形貌圖

        圖4 基體位置金相組織形貌圖

        由圖1可知,噴涂層位置處,組織形貌呈現(xiàn)波浪形,無法確定具體組織,非碳鋼正常組織形貌。

        由圖2可知,近噴涂層位置處由兩種組織形貌,一種為針狀馬氏體組織,一種為先共析鐵素體+珠光體。針狀馬氏體組織出現(xiàn)的原因,為該處噴涂時溫度超過軸體材料Ac1相變點,空冷后未進行回火所致。

        由圖3可知,近基體處位置處組織形貌為先共析鐵素體+珠光體。

        由圖4可知,基體位置處組織形貌為珠光體+魏氏體組織,屬于典型的過熱組織形貌。

        從圖中也可以看到,裂紋起源于內(nèi)部冶金缺陷處,由內(nèi)向外擴展,裂紋開口較大。

        2.2 硬度檢測

        采用里氏硬度計,對電機軸基體和噴涂層進行硬度檢測,檢測結(jié)果顯示,基體硬度值在156 HB左右,噴涂層硬度值在356 HB左右,相差很大。

        3 原因分析

        (1)由斷口形貌、宏觀和微觀檢查可以看到,電機軸基體內(nèi)部存在大量冶金缺陷和宏觀裂紋,裂紋起源于基體內(nèi)部冶金缺陷,由內(nèi)向外擴展。

        (2)常用軸體使用狀態(tài)應(yīng)為調(diào)質(zhì)組織,即淬火+高溫回火組織。而斷軸基體金相組織為粗大的珠光體組織和魏氏體組織,屬于正火組織形態(tài),正火加熱時,過熱時間較長,造成組織粗大。魏氏組織及粗大組織形態(tài)對基體的分割作用,使電機軸強度和沖擊韌性降低,脆性上升。

        (3)由硬度檢測結(jié)果可知,噴涂層和基體硬度值差別約200 HB,造成結(jié)合面處表面應(yīng)力較大;電機軸體噴涂修復(fù)時加熱溫度過高,造成軸體局部區(qū)域出現(xiàn)淬硬馬氏體組織,這些因素在外載作用下,促進缺陷開裂并擴展。

        (4)由電機電流記錄曲線可以看出,空壓機正常運行中頻繁進行加載、卸載過程,在電機軸驅(qū)動側(cè)不斷形成沖擊力?;w內(nèi)部缺陷在沖擊力作用下,不斷擴展,最終造成電機軸脆性斷裂。

        4 結(jié)束語

        電機軸體制造品質(zhì)嚴重不合格,基體內(nèi)部存在宏觀裂紋和大量冶金缺陷。在空壓機正常運行過程中加載、卸載形成的沖擊力作用下,內(nèi)部裂紋擴展,發(fā)生斷裂。

        生產(chǎn)廠家在電機軸制造過程中,應(yīng)采用合格鍛件,嚴格制定熱處理工藝,并進行產(chǎn)品品質(zhì)檢驗。電廠在設(shè)備進貨時,應(yīng)索取相關(guān)圖紙及品質(zhì)證明文件。

        建議對其余電機軸進行抽檢,避免此類問題發(fā)生。

        [1]蔡文河.電廠重要金屬部件的失效及其監(jiān)督[M].北京:中國電力出版社,2009.

        [2]廖宏楷.電站鍋爐試驗[M].北京:中國電力出版社,2007.

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