張雪超，程 璐，程梓航

（1.內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特010020；2.呼和浩特供電局，內(nèi)蒙古 呼和浩特010050）

0 引言

2013年11月某日，某發(fā)電公司電氣檢修人員接集控運(yùn)行人員通知，2號(hào)鍋爐D磨煤機(jī)電機(jī)溫度高。電氣檢修人員趕到現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)D磨煤機(jī)電機(jī)已停運(yùn)，且本體冒煙，其6 kV開(kāi)關(guān)柜上保護(hù)裝置的LED2指示燈亮，為定時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作后指示燈報(bào)警。經(jīng)解體檢查發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)端在軸肩處斷裂，驅(qū)動(dòng)端軸承內(nèi)小蓋有裂紋，非驅(qū)動(dòng)端軸承外小蓋有裂紋，定轉(zhuǎn)子間嚴(yán)重掃膛，定轉(zhuǎn)子鐵芯檢查電機(jī)兩側(cè)軸承無(wú)異常。來(lái)樣的磨煤機(jī)電機(jī)主軸為斷裂的半截，規(guī)格為d120 mm。

D磨煤機(jī)電機(jī)2010年4月因驅(qū)動(dòng)端軸承故障與轉(zhuǎn)子軸頸抱死，使該處軸頸磨損，外委修復(fù)過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸頸，同時(shí)該電機(jī)轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)側(cè)短路環(huán)有一處斷裂，進(jìn)行了軸頸補(bǔ)焊，車軸處理；2013年5月，該電機(jī)抽轉(zhuǎn)子大修，再次發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)側(cè)短路環(huán)另一處斷裂，外委電機(jī)修配廠更換短路環(huán)，并更換電機(jī)兩側(cè)軸承，做電機(jī)大修預(yù)試。

1 主軸理化檢驗(yàn)方法與結(jié)果分析

1.1 宏觀形貌分析

對(duì)斷裂的D磨煤機(jī)電機(jī)主軸進(jìn)行宏觀形貌檢查。盡管電機(jī)主軸斷口損傷嚴(yán)重，但還是能從斷口上清楚地看到源自表層補(bǔ)焊修復(fù)部位的裂源、占斷口大部分面積的裂紋擴(kuò)展區(qū)（貝紋線）和斷口中心的瞬斷區(qū)域。此外，在斷口附近的軸體表層發(fā)現(xiàn)補(bǔ)焊部位存在眾多咬邊、凹坑等焊接不連續(xù)缺陷。這些表層焊接缺陷的存在，在軸體表面形成了嚴(yán)重的應(yīng)力集中區(qū)域，為轉(zhuǎn)軸裂紋源的形成提供了前提條件。

1.2 化學(xué)成分分析

按照GB/T 4336—2016《碳素鋼和中低合金鋼火花源原子發(fā)射光譜分析方法》[1]要求，為了確定其化學(xué)成分，通過(guò)使用SPECZROMAXx型臺(tái)式直讀光譜儀對(duì)斷裂的磨煤機(jī)電機(jī)主軸進(jìn)行了化學(xué)成分分析，結(jié)果如表1所示。電機(jī)主軸材質(zhì)應(yīng)為35號(hào)鋼，但Mn元素含量略高于標(biāo)準(zhǔn)要求0.09%。Mn作為材料合金化的重要元素之一，有細(xì)化珠光體組織以改善材料機(jī)械性能的作用[2-3]，盡管在一定程度上有增加材料回火脆性的不利傾向[4]，但其超標(biāo)含量極少且材料的沖擊韌性合格，因此，不會(huì)對(duì)軸體斷裂產(chǎn)生主導(dǎo)性作用。

表1 主軸化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果%

1.3 顯微組織分析

利用Axio Observer.A1m型金相顯微鏡對(duì)斷裂的磨煤機(jī)電機(jī)主軸取樣進(jìn)行顯微組織分析，結(jié)果如圖1所示。由圖1可以看出，軸體表層存在厚度超過(guò)1 mm的補(bǔ)焊層，補(bǔ)焊層組織為粗大魏氏組織；同時(shí)，補(bǔ)焊層中存在眾多夾渣、氣孔及與軸基體未熔合等缺陷；主軸基體組織為鐵素體+珠光體組織，未見(jiàn)明顯異常。

圖1 主軸橫斷面的微觀組織形態(tài)

1.4 微區(qū)形貌及能譜分析

利用掃描電子顯微鏡對(duì)斷裂的D磨煤機(jī)電機(jī)主軸斷口進(jìn)行微區(qū)形貌分析，結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看出，在軸體表層的修復(fù)補(bǔ)焊部位存在眾多夾渣、裂紋及與基體未熔合等缺陷，并在這些焊接缺陷處形成了眾多的疲勞裂紋并向軸基體擴(kuò)展；在宏觀裂紋擴(kuò)展區(qū)可以觀測(cè)到明顯的疲勞擴(kuò)展輝紋并向瞬斷區(qū)過(guò)渡；在軸中心的宏觀瞬段區(qū)可以觀測(cè)到大量的撕裂棱和韌窩。

圖2 斷口微區(qū)形貌

1.5 力學(xué)性能測(cè)試及分析

按照GB/T 229—2007《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》[5]要求，利用沖擊試驗(yàn)機(jī)對(duì)斷裂的磨煤機(jī)電機(jī)主軸取樣進(jìn)行沖擊試驗(yàn)；按照GB/T 228.1—2010《金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法》[6]要求，對(duì)斷裂的磨煤機(jī)電機(jī)主軸取樣進(jìn)行常溫拉伸試驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。從表2可以看出，電機(jī)主軸的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率及沖擊韌性等各項(xiàng)常溫力學(xué)性能均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表2 D電機(jī)主軸力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果（20℃）

2 主軸斷裂原因分析

從斷口宏觀及微觀形貌分析來(lái)看，電機(jī)主軸斷裂起源于其表面修復(fù)焊接缺陷部位，同時(shí)具有肉眼可見(jiàn)的宏觀裂紋擴(kuò)展區(qū)及軸體中心的延性瞬斷區(qū)；結(jié)合斷口掃描電子微區(qū)分析可以認(rèn)定其為疲勞斷裂特性[7-9]。從顯微組織分析，電機(jī)主軸斷口附近表層為明顯的焊接粗大魏氏組織，且焊接部位存在大量夾渣、氣孔及與基體未熔合等缺陷，該類焊接缺陷的存在，很容易導(dǎo)致裂紋的萌生[10-11]。

綜合以上分析認(rèn)為，該磨煤機(jī)電機(jī)主軸軸頸處表層修復(fù)補(bǔ)焊部位存在大量焊接缺陷并形成應(yīng)力集中，在長(zhǎng)時(shí)間重載運(yùn)行和頻繁啟動(dòng)工況下首先在各焊接缺陷處形成多源性疲勞裂紋源，這些裂紋源在電機(jī)旋轉(zhuǎn)的周期性循環(huán)載荷作用下逐漸擴(kuò)展并導(dǎo)致主軸最終疲勞斷裂[12]。

3 結(jié)論與建議

a）該磨煤機(jī)電機(jī)主軸斷裂的主要原因是由于主軸軸頸處表層修復(fù)補(bǔ)焊部位存在大量焊接缺陷并形成應(yīng)力集中，在長(zhǎng)時(shí)間重載運(yùn)行和頻繁啟動(dòng)工況下首先在各焊接缺陷處形成多源性疲勞裂紋源，這些裂紋源在電機(jī)旋轉(zhuǎn)的周期性循環(huán)載荷作用下逐漸擴(kuò)展并導(dǎo)致主軸最終疲勞斷裂。

b）由于旋轉(zhuǎn)類軸體的特殊工況，建議應(yīng)對(duì)其運(yùn)行狀況加強(qiáng)監(jiān)督，避免出現(xiàn)軸頸磨損等現(xiàn)象，一旦磨損嚴(yán)重應(yīng)做更換處理，局部補(bǔ)焊修復(fù)很難保證堆焊層沒(méi)有缺陷并與基體有效熔合，而缺陷的存在將為應(yīng)力集中及裂紋源的形成創(chuàng)造有利條件。