钢丝绳分析.doc

门座起重机钢丝绳断裂分析 作者： 来源：广东省特协（特种设备》2010年7月第1期 发布时间：2010年10月20日 点击数： 243 一、基本情况 某单位的门起重机，要船舱里起吊卷钢板约3米高度时，主钢丝绳和吊钩钢丝绳都发生断裂。起吊的卷钢板约18.6吨，当时门机额定档是25～22。在事故了现场了解到，主钢丝绳断裂处与吊钩上防转球沿绳距离约56米；吊钩钢丝断裂在绳卡处。 主钢丝绳结构为18×7+FC，外径32毫米，钢丝类别光面，公称抗拉强度1672MPa。钢丝绳的使用寿命与报废有企业内部标准，该使用单位规定起重机主钢丝绳更换时间为7～12个月，更换工作量为25万吨。为防止意外，有定期检查制度。该钢丝绳断裂前起重累计已达22万吨，属老龄化绳，列为加强监控使用的对象。 为分析断裂原因，断裂钢丝绳及新钢丝绳用气割取样，在华南理工大学进行检测、试验和分析。 二、检验与结果 1．物理-化学检验与分析 (1)化学成分分析 分别在断裂的主钢丝绳和吊钩钢丝绳的内股取钢丝样，用Dv6E型光电直读光谱仪(发射光谱法)进行成分检验。结果表明，断裂主钢丝绳钢丝化学成分符合70优质碳素结构钢成分；断裂吊钩钢丝绳钢丝化学成分符合75优质碳素结构钢成分。 (2)金相组织与硬度 金相样品取自断裂钢丝绳外股和内股的钢丝，磨制纵向和横向截面的金相磨面。金相检查结果显示主绳钢丝的金相组织是索氏体+铁素体；显微硬度平均值460HV100gf附，硬度比一般70钢的索氏体硬度高，原因是冷拉形变硬化，金相可见冷拉变形组织；钢材夹杂物2级，在允许范围内。吊钩钢丝绳钢丝的金相组织是索氏体，显微硬度平均值443HV100gf，与75优质碳素钢相符。 2．强度检测 从断裂主钢丝绳距断口约3米远处开始截取三段试样，每段约1.3米，分别编号为：旧1、旧2和旧3；从仓库存放新钢丝绳上截取三段各1.3米长的试样，分别编号为：新1、新2和新3。六段样品进行整绳拉断和拆股钢丝拉断两项试验。 整绳拉断的钢丝绳编号分别为：旧1、旧2、新1和新2共四段；拆股钢丝拉断的编号分别为：旧3和新3，分别各取2股。试验按国家标准GB／T8358-1996《钢丝绳破断拉伸试验方法》进行。 整绳试样拉断后的外貌(见图1)。判据按国家标准GB／T8918-2006，旧2、新l和新2三段整绳、旧3拆股单根钢丝的抗拉强度都符合1670级直径32毫米钢丝绳的要求。旧1样品的数据无效，因散股影响了数据真实性；新3拆股单根面丝抗拉强度不符合1670级要求。 图1 整绳试样拉断后的状态 ? 新3拆股有5根面丝的抗拉强度不合格，但有三根接近1 370～1620的上限值(1610、1620、1610三根)，只有二根是显著低于1620数值，因此可以认为钢丝绳的面丝抗拉强度只是偏低。面丝的抗拉强度偏低，在金相组织上反映有铁素体存在。此外，旧钢丝比新钢丝的抗拉强度高，因使用中有形变硬化。 断口：拆股单根钢丝拉伸断口，杯状断口约占90%，45%角度断口约占10％。整条绳拉伸断口(也就是每根钢丝的断口)除少数几根外，主要是韧性的杯状断口。 3．钢丝绳外观检查 主钢丝绳外表损伤见图2(a)上，外股损伤基本上是磨损，如箭头A所指长弧形凹陷，这种凹陷表面光亮，有条纹，是由摩擦引起。主钢丝绳内股外表面的损伤有磨损和断裂，如图2(b)和图2(a)下，箭头B所指为内股外表面被外股磨损所致的凹陷：箭头C所指，长弧形凹陷处断裂，这里内股表面普遍可见的损伤，很多根钢丝都断成数段。 吊钩钢丝绳内股外表面损伤（见图3）所示，箭头A指等轴凹陷刻痕，箭头B指长弧形凹陷，这种凹陷表面条纹，颜色较暗，具有摩擦痕迹特征。 断裂落地的一段主钢丝绳，靠近断裂的部位与远离断裂部位外表相比，前者的损伤严重，后者损伤随距离断裂部位越远损伤程度越小。同样，吊钩绳也是靠近断口外伤严重，而远离断口外伤轻些。 4．断口分析 用手提薄片砂轮机将主钢丝绳及吊钩钢丝绳共26股的断口全部割下，清洗干净后按失效分析程序进行研究。 (1)粗视分析(用目视和普通3～5倍放大镜) ①主钢丝绳钢丝断口形态有五种类型(如图4)。 (a)杯状断口，有明显缩颈，它是正应力引起的断裂特征； (b)一定角度的断口，它是切应力(或扭转)引起的断裂特征； (c)平直断口，但有轻微缩颈，它具有一定的脆断倾向性(约占外股钢丝的一半)； (d)劈开+杯状断口(约占外股钢丝8％)，它是纵向疲劳断口； (e)横向疲劳断口，在内股的疲劳断口占内股总钢丝数量的80％。而且同一根丝两端都是疲劳断口的也不少。 ②吊钩钢丝绳钢丝断口形态有三种类型（如图5） (a)杯状断口(约占外股钢丝绳数量的80％)； (b)呈一定角度的断口； (c)磨损断口，磨损呈长弧月牙形+小杯状断口。磨损型断口，外股有31个，内股有