蔣 菲,李 軍,楊景建,高 健
(國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院,甘肅 蘭州 730050)
電網(wǎng)鐵附件失效原因分析
蔣菲,李軍,楊景建,高健
(國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院,甘肅蘭州730050)
由于近期頻繁發(fā)生10kv配電工程拉線抱箍斷裂質(zhì)量事故,對發(fā)生斷裂的抱箍及同批次抱箍進(jìn)行抽樣檢測,就其結(jié)構(gòu)尺寸、鋼箍材質(zhì)及機械性能進(jìn)行試驗,發(fā)現(xiàn)材料內(nèi)部夾雜物密集,破壞了金屬基體的連續(xù)性,縮小了真正的承擔(dān)載荷的有效面積,同時產(chǎn)生缺口作用,導(dǎo)致應(yīng)力集中,使材料的塑性及韌性偏低,在受到外加載荷時造成脆斷。
拉線抱箍;失效分析;多源開裂;穿晶開裂;脆性斷裂
某地區(qū)設(shè)備運行人員發(fā)現(xiàn)10kv配電工程拉線抱箍頻繁發(fā)生斷裂質(zhì)量事故,在對開裂抱箍進(jìn)行更換后,對發(fā)生斷裂的抱箍及同批次抱箍進(jìn)行抽樣檢測及斷口分析。發(fā)生斷裂抱箍的批次號和規(guī)格為271502、-6×60,D190,90°,及271508、-6×60,D210,90°,材質(zhì)Q235B。
2.1宏觀檢查
宏觀檢查發(fā)現(xiàn)部分抱箍90°折邊部位存在磨具壓痕及鍍鋅層不均勻現(xiàn)象,如圖1所示,折邊處磨具壓痕大多為長條狀,如若出現(xiàn)在折邊安裝耳嵌槽周圍,則為橢圓形。
圖1 宏觀檢查
2.2結(jié)構(gòu)尺寸測量(見表1)
表1 結(jié)構(gòu)尺寸測量
合格標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)《國家電網(wǎng)公司集中規(guī)模招標(biāo)采購甘肅省電力公司固化技術(shù)規(guī)范書(鐵附件專用技術(shù)規(guī)范)》中關(guān)于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與要求中4.3.2條,即:必須采用熱彎曲,由于彎曲加工引起的厚度和直徑減少,應(yīng)符合如下規(guī)定:a.板厚或直徑為25mm及以下時,允許減小0.5mm;b.板厚或直徑大于25mm時,允許減小1.0mm。
2.3材質(zhì)分析
對試樣#9、#10、#11、#18及#21邊進(jìn)行材質(zhì)化學(xué)成分分析,分析結(jié)果見表2。
表2 化學(xué)成份分析(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%
對抱箍#1、#6、#7、#21及#26邊進(jìn)行鍍鋅層厚度測量,測量結(jié)果見表3。
表3 鍍層測量(厚度)/mm
2.4機械性能試驗
2.4.1常溫拉伸試驗(見表4)
表4 常溫拉伸試驗
2.4.2彎曲試驗(見表5)
表5 彎曲試驗
2.4.3沖擊試驗(見表6)
表6 夏比(V型)常溫沖擊試驗
2.5.4試驗結(jié)果(見表7)
表7 試驗結(jié)果一覽表
2.5斷口檢驗
失效抱箍斷裂發(fā)生前幾乎沒有塑性變形,斷裂時其斷面尺寸、形狀基本不變,斷口宏觀形貌呈亮灰色,斷口平齊且具有強烈的金屬光澤和明顯的結(jié)晶顆粒,周邊無明顯的剪切唇。斷口心部呈脆性斷口形貌,從心部有向外放射的山脊?fàn)畹幕y,呈脆性斷裂特征[1-3],在#23與#26失效抱箍斷口還發(fā)現(xiàn)有暗紅色的鐵銹存在,如圖2~5所示。
圖2 #11抱箍斷裂面
圖3 #12抱箍斷裂面
圖4 #26抱箍斷裂面
圖5 #23抱箍斷裂面
2.6宏觀金相檢驗
對11#、12#試樣進(jìn)行宏觀金相檢驗,由圖6、圖7可見,組織為鐵素體+珠光體,鐵素體晶粒等級評定為9級[4]。其中主裂紋是斷裂面萌生的分支裂紋,裂紋發(fā)展過程為穿晶開裂[5],而且窄裂口都是沿鐵素體開裂。樣品主裂紋尖端附近存在與其平行獨立的兩條小裂紋,裂紋附近區(qū)域可見密集分布的點狀夾雜物,經(jīng)反復(fù)拋磨后,兩條小裂紋其中一條消失,另一條減小,說明這兩條小裂紋為抱箍外側(cè)的表面裂紋,深度較淺,由此判斷此抱箍斷裂面為多源開裂。裂紋的產(chǎn)生與材料內(nèi)部的夾雜物密集分布有關(guān)。夾雜物的存在,一方面,破壞了金屬基體的連續(xù)性,縮小了真正的承擔(dān)載荷的有效面積;另一方面,產(chǎn)生缺口作用,導(dǎo)致應(yīng)力集中,在它的周圍形成復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài),使金屬處于脆性狀態(tài)。在組織內(nèi)部受應(yīng)力作用下,夾渣處會出現(xiàn)裂紋并延展,導(dǎo)致強度下降、開裂,以夾渣處形成的裂紋為裂源開裂,由于這些地方硬度高,塑性差,產(chǎn)生穿晶開裂。
圖6 斷裂面宏觀組織(25×)
圖7 裂紋尖端宏觀組織(100×)
3.1結(jié)構(gòu)尺寸
抱箍的尺寸、外形、重量及允許偏差均符合GB/ T2314-2008標(biāo)準(zhǔn)要求。鍍層測量符合DLT768.7-2012。
3.2鋼箍材質(zhì)
材質(zhì)分析結(jié)果符合GB/T700-2006標(biāo)準(zhǔn)要求。從化學(xué)成份分析結(jié)果看,樣品所含元素及含量與標(biāo)稱牌號 Q235相符,C、Mn、Si等主要元素含量均符合GB/T700—2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》標(biāo)準(zhǔn)要求。
3.3機械性能指標(biāo)
1)#5、#6及#19試樣進(jìn)行常溫拉伸試驗,#5、#6樣品斷后伸長率不合格,不符合GB/T700—2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》標(biāo)準(zhǔn)要求。
2)#2、#3、#4、#17、#18及#21試樣進(jìn)行彎曲試驗,僅#3試樣合格,其余試樣均不符合GB/T700—2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》標(biāo)準(zhǔn)要求。
3)#9、#10、#15、#23及 #27試樣進(jìn)行夏比(V型)常溫沖擊試驗,#15、#23及#27試樣不符合GB/ T700—2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》標(biāo)準(zhǔn)要求[6]。
上述試驗結(jié)果表明,抱箍的化學(xué)成分及鍍層測量均符合標(biāo)準(zhǔn),兩件拉伸試樣不合格,五件彎曲試樣不合格,三件沖擊試驗不合格,抱箍韌性不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
綜合分析認(rèn)為:由于材料內(nèi)部夾雜物密集,破壞了金屬基體的連續(xù)性,縮小了真正的承擔(dān)載荷的有效面積,同時產(chǎn)生缺口作用,導(dǎo)致應(yīng)力集中,在它的周圍形成復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài),使金屬處于脆性狀態(tài),致使材料的塑性及韌性偏低,在受到外加載荷時造成脆斷。
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[6] GB/T700—2006,碳素結(jié)構(gòu)鋼[S].
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