王希民

船舶柴油發(fā)電機組多是四沖程中速柴油機或高速柴油機，其運動部件的故障率較高。在柴油機機損事故中，常見的有進排氣閥漏氣、汽缸與活塞過度磨損、活塞環(huán)斷裂卡死、軸承合金燒熔、連桿大端軸承連接螺栓變形斷裂等。更為嚴重的是軸承過熱抱軸，造成曲軸的損傷，在交變應力作用下產(chǎn)生裂紋，甚至發(fā)生曲軸斷裂。

發(fā)電柴油機組都是多臺，有備用機組。一般的維護修理和常見的機損事故處理，由船員自行應急處置。由于機艙條件和技術(shù)水平的限制，船員自修無法采用精確的修理工藝，從而掩蓋了潛在的更加嚴重的機損事故。

一、曲軸斷裂案例分析

1.案例1：F輪No.2副機曲軸折斷

F輪在蘇伊士運河錨地，No.2副機發(fā)生滑油低壓報警而沒有及時停車處理，造成7道主軸承燒損（從No.2至No.8道），其中No.3和No.5道軸承燒損最為嚴重。船員進行了搶修，對損壞嚴重的4副主軸瓦換新，而對另外4副主軸瓦進行拂刮修理后裝復。

該發(fā)電機組繼續(xù)投入使用約3000 h，突然發(fā)生敲缸，經(jīng)停車進行檢查，發(fā)現(xiàn)No.5缸曲柄臂處折斷。

從圖1所示的斷面分析，裂紋始于No.5道主軸頸與曲柄臂相連接的過渡圓角處（箭頭所指之處），裂紋向曲柄臂處延伸。1/3斷面呈貝殼波紋狀，棕紅色，而另2/3斷面是粗糙的撕裂的金屬斷面，應是彎曲疲勞破壞而折斷的。

事故后對現(xiàn)場作了調(diào)查，測量軸承座中心線徑向跳動量，沒有超過0.05 mm；核查曲柄臂距差測量的歷史紀錄，均在0.025 mm之內(nèi)，都符合說明書要求；對10道主軸承下瓦進行測量檢查，其測量記錄如表1所示。由表1可知，No.3、No.5和No.8道主軸承的下瓦的厚度較薄，而且下瓦背部都被銼削過。

表1 主軸承下瓦厚度測量記錄表 mm

經(jīng)調(diào)查了解到，由于主軸承燒損，造成軸承座變形，在船員自修過程中，為使新軸瓦能夠安裝下去，曾銼刮過瓦背。這樣的修理使各道軸瓦厚薄不均，造成曲軸實際中心線不正。No.3、No.5和No.8道的主軸頸在懸空狀況下運轉(zhuǎn)，偏差分別達到0.08 mm、0.21 mm和0.10 mm之多，使曲軸遭受反復彎曲應力，而No.5道主軸頸逐漸出現(xiàn)疲勞裂紋導致曲軸折斷，從而導致整根曲軸換新的重大機損事故。

2.案例2：某船No.2副機曲軸斷裂

某船在新加坡船廠修理No.2發(fā)電機組時，發(fā)現(xiàn)No.2道曲軸主軸頸彎曲0.20 mm，No.3道曲軸主軸頸彎曲0.36 mm，而且軸頸表面非常粗糙，軸瓦發(fā)生轉(zhuǎn)動。

任職輪機長沒填寫過機損事故報告，但根據(jù)上述測量數(shù)據(jù)和損壞情況分析，該柴油機軸承曾經(jīng)發(fā)生過嚴重的過熱事故。

船廠對曲軸主軸頸變形進行加熱校直，而且對No.3主軸頸鍍鉻恢復原始直徑。裝復試車后測量曲軸臂距差，No.3缸達到0.048mm，超過說明書要求（0.025mm）。經(jīng)再次檢查，發(fā)現(xiàn)是柴油機機座變形，其上下偏差在拂磨軸承座孔后得到矯正，但左右偏差未能消除，就這樣投入運行。

在后來進行年度檢驗時，發(fā)現(xiàn)No.3道主軸頸斷裂。裂紋是從主軸頸油孔處延伸至圓角處并沿圓周方向擴展的，裂縫全長約300 mm，寬約1 mm，如圖2所示。

原因分析：根據(jù)裂紋走向和部位進行分析，可能是兩個原因造成的。首先，在修理No.3道主軸頸時，因采用局部加熱校直，并進行表面鍍鉻處理，殘余應力消除不夠充分。另外，柴油機長期在曲柄臂距差超過正常值下運轉(zhuǎn)，是故裂紋呈現(xiàn)為彎曲與扭轉(zhuǎn)應力下的疲勞斷裂，導致整根曲軸報廢。

3.案例3：L輪No.3副機曲軸堆焊修理后斷裂

L輪No.3發(fā)電柴油機曲軸過度磨損，其主軸頸直徑比原始尺寸小0.45 mm，曲柄銷直徑小0.85 mm。日本三菱船廠采取堆焊磨削的方法予以修理。修復后，No.3副機運行約4000 h，發(fā)現(xiàn)該7缸柴油機的No.3缸曲柄銷頸和No.5道主軸頸上有相似的裂紋，裂紋都是從油孔處開始，沿軸向成45°伸展。如圖3所示。

原因分析：船公司委托日本三菱長崎技術(shù)實驗室對已損壞的曲軸進行理化和金相分析，根據(jù)實驗結(jié)果，我們分析如下：

①裂紋起因于堆焊后的疲勞斷裂，可以從裂紋始點處的斷面晶粒的金相組織觀察到這種斷裂。

②裂紋始點處的表面硬度很高，這是由于熱處理不充分所引起的。

③曲柄銷頸和主軸頸的圓角部位處，其金相組織呈馬氏體，說明應力消除得不完全。

④根據(jù)硬度測量結(jié)果，在熱影響區(qū)的硬度較高，圓角處的硬度更高些。

⑤根據(jù)殘余應力測量結(jié)果，曲柄銷圓角處的抗拉殘余應力為3.0～4.2 MPa，主軸頸油孔附近的抗拉殘余應力為2.5～4.7 MPa。在實驗室的電爐里對上述試件進行退火處理，即在650 ℃溫度下，進行15 min退火處理，其抗拉殘余應力降到0.2～0.4 MPa。這就清楚地表明，堆焊后局部退火處理未使曲軸材料本身的殘余應力完全消除。

結(jié)論：曲軸軸頸上的裂紋，是由于堆焊后殘余應力消除不充分，使材料產(chǎn)生很高的表面硬度而引起的。這樣在曲軸頸上容易產(chǎn)生特征相似的裂紋，并具有極大的抗拉殘余應力。

現(xiàn)將該廠的堆焊修理工藝介紹如下：先對曲軸全部預熱至220℃，然后局部加熱至350℃，從No.1缸曲柄銷圓角處開始堆焊。焊完后曲軸軸頸被加熱至650 ℃，做局部退火處理（即用石棉蓋住軸頸保溫，使曲軸本身緩慢冷卻下來）。各軸頸依次按同樣工藝方法進行。局部退火后發(fā)現(xiàn)曲軸彎曲0.3 mm，在校直機上做了矯正。實踐證明，該工藝是失敗的。

二、經(jīng)驗教訓

1.科學管理與應急處理

軸承過熱、軸頸損傷、軸瓦咬死、機座變形、曲軸變形等，是導致曲軸斷裂的重要原因。輪機管理人員要防止機器在滑油失壓（或油路堵塞而壓力突然升高）、滑油高溫、曲柄臂距差過大的情況下運轉(zhuǎn)。特別要強調(diào)，一旦發(fā)生軸承過熱、合金燒熔的情況，千萬不能立即停車，而應降負荷運轉(zhuǎn)，加強潤滑，逐漸降溫后再停車，否則就會出現(xiàn)軸瓦抱住軸頸的損壞事故。

2.加強滑油的管理

做好柴油機滑油的清潔保養(yǎng)工作，經(jīng)常分油，按時清洗濾器，定期取樣化驗，確?；唾|(zhì)量。尤其不能在滑油含水量超過標準（0.2%）的情況下長期運轉(zhuǎn)，其氯離子和強酸更不允許存在，并且要迅速找出原因予以消除。在停機期間要定期盤車，避免曲軸受到局部腐蝕。實踐經(jīng)驗證明：水分和強酸會造成間隙面軸頸上呈帶狀黑斑或麻點腐蝕（亦稱梨皮狀腐蝕）。如冷卻水使用的硝酸鹽類處理劑（如DREWNE）滲入機油中，滑油分油加熱溫度低于70℃時，會造成嗜氣細菌繁殖使機油變質(zhì)，導致軸頸表面無光并呈灰白色。如果海水進入機油，則軸頸會受到電化學腐蝕，腐蝕常發(fā)生在軸頸圓角或油孔附近，且從此產(chǎn)生裂紋并延伸，造成曲軸斷裂。如軸頸大面積腐蝕，其腐蝕深度和面積影響曲軸強度，也會導致曲軸報廢。

3.慎用堆焊修理工藝

當發(fā)電柴油機曲軸過度磨損時，為了恢復原始直徑尺寸而采取堆焊或厚層鍍鉻修理工藝，其成功率是很小的。日本海事協(xié)會出版的《船用發(fā)電機事故特集》一書中也說：“軸頸偏磨損后，用焊補和鍍鉻方法修復，成功實例是很少的，作為長久的處理方法，現(xiàn)今實踐也很少?！蔽覀冋J為：一旦發(fā)生此類事故，應及時訂制新曲軸，根據(jù)船期和新曲軸訂貨時間的長短，該修理工藝可作為一種應急修理手段使用。

4.熱矯正工藝應更加精確

對于曲軸彎曲變形，采取局部加熱校直、局部退火的修理方法，常因處理工藝不當使殘余應力很難消除，因而很難取得滿意效果，甚至事與愿違。