王艷芳 楊偉東

摘 要：熱電廠某汽輪機(jī)熱電偶發(fā)生斷裂，通過(guò)斷口宏觀分析、掃描電鏡觀察，對(duì)斷裂原因進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：由于熱電偶在安裝過(guò)程中操作不當(dāng)，螺母錯(cuò)絲扣擰緊過(guò)程中使熱電偶芯發(fā)生彎曲，磨損內(nèi)壁，磨粒對(duì)熱電偶沖蝕是發(fā)生斷裂的主要原因。

關(guān)鍵詞：熱電偶;沖蝕

某熱電廠汽輪機(jī)工作溫度550℃，工作壓力4.5MPa。車間人員發(fā)現(xiàn)熱該熱電偶無(wú)數(shù)據(jù)傳輸，打開(kāi)保溫棉取出熱電偶發(fā)現(xiàn)已經(jīng)斷裂，為查明斷裂原因，避免類似事故的再發(fā)生，作者對(duì)發(fā)生斷裂的熱電偶進(jìn)行了檢驗(yàn)和分析。

1理化檢驗(yàn)

1.1宏觀檢查

斷口部位熱電偶緊固螺母與螺絲錯(cuò)位配合，熱電偶保護(hù)套管發(fā)生彎折，同時(shí)熱電偶內(nèi)熱電偶芯向一側(cè)彎曲。斷裂熱電偶發(fā)生減薄，且套管內(nèi)絕緣材料大部分已消失。將熱電偶進(jìn)行清洗，[1]斷口整體呈灰色，某些局部呈黑色。

1.2掃描電鏡分析

對(duì)圖1中可能是斷裂源區(qū)的絕緣管1區(qū)、2區(qū)進(jìn)行掃描電鏡放大觀察，找出斷裂源區(qū)。

對(duì)1區(qū)進(jìn)行掃描電鏡觀察（見(jiàn)圖2），發(fā)現(xiàn)2根熱電偶芯彎曲與絕緣管接觸，接觸部位的絕緣管被磨損減薄。在磨損剩余絕緣管斷口表面，發(fā)現(xiàn)存在一些小孔，其余表面相對(duì)平坦。對(duì)2區(qū)進(jìn)行掃描電鏡觀察（見(jiàn)圖3），發(fā)現(xiàn)絕緣管與保護(hù)套管之間間距由于保護(hù)套管發(fā)生彎折而減小、幾乎相接觸。絕緣管內(nèi)壁為圓弧面，圓弧面存在很多方向性小孔，孔洞口方向多朝向內(nèi)壁，且小孔分布從絕緣管內(nèi)壁至外壁，其余區(qū)域雖存在小孔，但未存在明顯方向性。

對(duì)2區(qū)（斷裂源區(qū)）緊鄰保護(hù)套管圖1中A區(qū)進(jìn)行掃描電鏡觀察（見(jiàn)圖4），發(fā)現(xiàn)保護(hù)套管斷口表面也存在許多方向性小孔，且該部分保護(hù)套管存在分層，下層存在金屬光澤并聚集許多白色小顆粒;上層表面顏色為黑灰色，表面顆粒物減少，表面也存在許多小孔且有一定的方向性。對(duì)保護(hù)套管其它區(qū)域放大進(jìn)行電鏡形貌觀察，發(fā)現(xiàn)套管表面存在大量的小孔，小孔方向性明顯，表面相對(duì)平坦且僅存在極少量的白色顆粒物。因此A區(qū)為保護(hù)套管的斷裂源區(qū)。

2 綜合分析

2.1上述實(shí)驗(yàn)表面，熱電偶斷口斷裂形貌為典型沖蝕斷裂形貌。1區(qū)由于熱電偶緊固螺母與螺絲錯(cuò)位緊固，使熱電偶保護(hù)套管及熱電偶芯向一側(cè)發(fā)生彎折，2根彎折熱電偶芯與絕緣管接觸使絕緣管磨損。汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生微振動(dòng)，振動(dòng)使絕緣管不斷被磨損，當(dāng)磨損至熱電偶芯與絕緣管之間不接觸時(shí)，磨損停止;結(jié)合電鏡觀察到此處還有剩余壁厚，且剩余壁厚斷面上還存在沖蝕小孔，因此絕緣管非磨損斷裂，判定1區(qū)并非最先斷裂源區(qū)。

2.2觀察絕緣管內(nèi)壁為圓弧面，且存在很多方向性沖蝕小孔，其余區(qū)域小孔未存在方向性。因此判斷該區(qū)域?yàn)榻^緣管斷裂源區(qū)。與該區(qū)緊鄰保護(hù)套管斷口表面也存在許多方向性沖蝕小孔。且該處保護(hù)套管存在剝離分層，下層較上層光亮、白色小顆粒聚集增多，說(shuō)明此處本為同一斷面，由于絕緣管斷裂源區(qū)受顆粒物沖蝕后穿孔、顆粒物從穿孔處繼續(xù)不斷沖蝕緊鄰保護(hù)套管，保護(hù)套管被不斷沖蝕形成斷面并持續(xù)被沖蝕，在振動(dòng)的作用下產(chǎn)生新的剝離層面，新剝離層面處于初形成階段，因此觀察到剝離層表面較新鮮呈現(xiàn)明亮的金屬光澤，并在此處聚集許多白色顆粒物。對(duì)保護(hù)套管其它區(qū)域進(jìn)行微觀形貌觀察，發(fā)現(xiàn)套管表面存在大量具有明顯方向性的小孔，呈現(xiàn)典型沖蝕形貌，其表面相對(duì)平坦并伴有因沖蝕而使斷面層層剝離的形貌。綜上分析認(rèn)為：保護(hù)套管緊鄰絕緣管最初斷裂源區(qū)部位為的保護(hù)套的斷裂源區(qū)。

2.3由于熱電偶緊固螺母與螺絲錯(cuò)位緊固，使熱電偶保護(hù)套管一側(cè)發(fā)生彎折擠壓，另一側(cè)則被拉伸。擠壓部位在微振動(dòng)的作用下不斷產(chǎn)生磨粒磨損，而拉伸部位由于被拉伸空間相對(duì)增大，因此磨粒在拉伸區(qū)域內(nèi)活動(dòng)相對(duì)活躍，在微振動(dòng)的作用下磨粒不斷沖蝕該區(qū)域表面，隨著時(shí)間的積累，最終沖蝕穿孔直至斷裂。

3 結(jié)論

熱電偶斷口斷裂形貌為典型沖蝕斷裂形貌。由于熱電偶緊固螺母與螺絲錯(cuò)位緊固，使熱電偶保護(hù)套管一側(cè)發(fā)生彎折。彎折部位產(chǎn)生磨粒磨損，在微振動(dòng)的作用下磨粒不斷沖蝕絕緣管內(nèi)壁至外壁，沖蝕穿孔后又沖蝕保護(hù)套管，隨著時(shí)間的積累，沖蝕不斷擴(kuò)展最終沖蝕穿孔直至斷裂。

參考文獻(xiàn)：

[1]何家勝，崔好選，朱曉明.熱電偶套管斷裂失效分析研究.《Equipment Manufactring Technology》.No.1，2007.

作者簡(jiǎn)介：

王艷芳（1981-），女，工程師，主要從事壓力容器、管道理化檢驗(yàn)及設(shè)備失效分析工作。