火力發(fā)電廠撈渣機(jī)鏈條斷裂原因分析

劉宇博

浙江浙能蘭溪發(fā)電有限責(zé)任公司 浙江金華 321000

1 理化檢驗(yàn)

1.1 宏觀檢查

檢查斷裂鏈條的宏觀形貌，如圖1 所示，可見(jiàn)鏈條從斷口1 和斷口2 處斷為兩部分。斷口1 所在位置附近存在多處橫向裂紋，裂紋之間距離相近，平行分布，可見(jiàn)斷面平整清晰，斷面起源于表面滲碳層，疲勞條紋明顯，符合疲勞斷裂特征。清洗前，斷面大部分位置覆蓋有渣灰沉積物，經(jīng)多次超聲波清洗（鹽酸介質(zhì)）后，仍有部分位置有渣灰沉積物殘留。檢查可見(jiàn)鏈條兩端鏈接處的磨損痕跡均偏向于鏈條中間偏下位置，說(shuō)明鏈條上方斷口2 位置服役過(guò)程中一直受由內(nèi)向外的彎曲應(yīng)力作用。鏈條上方存在明顯的磨損平臺(tái)[1]。

綜合斷口的宏觀形貌可以判定，鏈條初始斷裂位置為斷口2，該處斷開(kāi)后鏈條另一側(cè)承受較大的交變應(yīng)力且在箭頭1 處存在應(yīng)力集中，導(dǎo)致箭頭1 處發(fā)生疲勞斷裂，鏈條脫開(kāi)。

1.2 化學(xué)成分分析

使用PDA-7000 光電直讀光譜儀對(duì)來(lái)樣鏈條的化學(xué)成分進(jìn)行檢驗(yàn)，將檢驗(yàn)結(jié)果與相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，如表1 所示，結(jié)果表明，來(lái)樣鏈條的成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.3 金相檢驗(yàn)

在鏈條斷口2 外環(huán)面磨損平臺(tái)位置切取金相試樣，試樣經(jīng)磨制拋光后，使用4%硝酸酒精溶液腐蝕，之后在Axio Observer A1m型金相顯微鏡下觀察其金相組織。通過(guò)觀察斷口2 附近的金相組織，可見(jiàn)鏈條主斷面較為平整，鏈條外表面有深約2．1mm 的硬化層，斷口附近鏈條外表面存在3 處裂紋，裂紋起源于滲碳層表面，斜向心部擴(kuò)展。裂紋1 內(nèi)部有致密灰渣，附近衍生有向其他方向擴(kuò)展的小裂紋，裂紋末端尖銳，擴(kuò)展性強(qiáng)。裂紋2 末端的形貌尖銳，附近有不連續(xù)的閉合型裂紋。裂紋3 中鏈條心部晶粒細(xì)小，組織為低碳馬氏體+少量鐵素體[2]。

1.4 斷口分析

采用CarlZeissSigma300 型熱場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡對(duì)鏈條斷口2 和金相試樣進(jìn)行分析。距離鏈條表面約1．5mm 位置存在一條環(huán)向裂紋，裂紋基本連續(xù)分布于鏈條一周，裂紋附近斷口表面平整。鏈條心部為脆性解理斷裂的斷口特征。觀察主斷面中距離鏈條邊緣1．5mm 處的二次裂紋形貌，可見(jiàn)裂紋內(nèi)部填充有致密的氧化物，表明裂紋的產(chǎn)生及過(guò)程是一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程，裂紋斜向鏈條心部擴(kuò)展，附近組織為針狀馬氏體[3]。

2 斷裂原因分析

發(fā)生斷裂的鏈條存在兩個(gè)斷口，宏觀檢查可見(jiàn)斷口2 所在位置外表面有明顯的磨損平臺(tái)，鏈條兩端連接處的磨損痕跡表明鏈條長(zhǎng)期處于偏離一側(cè)的工作狀態(tài)，導(dǎo)致該側(cè)硬化層損耗近半，表面強(qiáng)度降低，在彎曲應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂。該鏈條的成分符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求，表面硬化層深度和滲碳層硬度符合出廠質(zhì)量指標(biāo)要求。鏈條初始斷口表面有較厚且致密的渣灰沉積物，主斷口附近存在多條起源于鏈條滲碳層表面的裂紋，裂紋末端尖銳，斜向心部擴(kuò)展。斷口附近距表面1．5mm 左右的滲碳層中存在周向裂紋，裂紋斜向鏈條心部擴(kuò)展，裂紋內(nèi)部填充有致密的氧化物，表明初始裂紋的產(chǎn)生和二次裂紋的擴(kuò)展是一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程。鏈條主斷口附近其他裂紋的存在和擴(kuò)展方向驗(yàn)證了斷口2 位置承受了較大的彎曲應(yīng)力。綜上所述，鏈條服役過(guò)程中不均勻的磨損導(dǎo)致鏈條外環(huán)表面硬化層損耗近半，表面強(qiáng)度降低，在彎曲應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂紋，裂紋在剩余的硬化層中緩慢擴(kuò)展，到達(dá)基體后，由于基體強(qiáng)度較低，裂紋快速擴(kuò)展，致使鏈條一側(cè)斷裂，此時(shí)另一側(cè)承受較大的交變應(yīng)力，發(fā)生疲勞斷裂，最終導(dǎo)致該鏈條脫開(kāi)。

表1 來(lái)樣鏈條的化學(xué)成分與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求

3 結(jié)語(yǔ)

（1）該鏈條兩端連接處處于偏離一側(cè)的工作狀態(tài)，長(zhǎng)期服役導(dǎo)致鏈條外環(huán)硬化層磨損嚴(yán)重，表面強(qiáng)度降低，在較大的彎曲應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂紋。裂紋穿過(guò)硬化層后，在強(qiáng)度較低的基體中快速擴(kuò)展導(dǎo)致鏈條一側(cè)斷裂。撈渣機(jī)在之后的服役過(guò)程中另一側(cè)鏈條承受較大的交變應(yīng)力，發(fā)生疲勞斷裂，最終導(dǎo)致鏈條脫開(kāi)。（2）建議利用停機(jī)機(jī)會(huì)檢查鏈條其他位置是否存在鏈條間活動(dòng)卡澀或連接處磨損偏離一側(cè)的情況，對(duì)存在嚴(yán)重磨損的鏈條和磨損明顯偏離一側(cè)的鏈條進(jìn)行更換。