叶轮螺栓断裂分析-中国应急分析测试平台.PDF

记录号：JS-AL-紧固件-020 叶轮螺栓断裂分析 摘要：某自来水厂引水用的进口潜水泵，运行八个月后发生故障，一个叶轮由于螺栓断裂而 脱落。所用螺栓为M24内六角螺栓，材质系SUS316L。找到的一只断裂螺栓形貌（断裂于头 部）。在叶轮一螺孔内残留有另一只断裂螺栓的一端，该螺栓断于螺纹处。分析结果表明： 两只螺栓均属于低载荷有缺口应力集中条件下产生的单向弯曲疲劳断裂。螺纹根部和螺栓头 颈部的缺口提供了应力集中点，同时，表面缺陷以及叶轮工作时断裂螺栓周边受力不均匀是 中中 诱发因素。 关键词：潜水泵；叶轮；螺栓；应力集中；单向弯曲疲劳断裂 材料种类/牌号：不锈钢/SUS316L 概述 国国 某自来水厂引水用的进口潜水泵，运行八个月后发生故障，一个叶轮由于螺栓断裂而脱 落。所用螺栓为M24内六角螺栓，材质系SUS316L。找到的一只断裂螺栓形貌（断裂于头 应应 部），见图1。在叶轮一螺孔内残留有另一只断裂螺栓的一端，该螺栓断于螺纹处，其断面 仍清晰可见，如图2。 急急 分分 图1 潜水泵安装螺栓断裂实物形貌 析析 网网 图2 残留在叶轮安装螺孔内的螺栓断面 测试过程与结果 表面质量检查 对螺栓螺纹处表面质量检查时发现，在螺纹起始区有断续状裂纹，见图3；近断口的螺 1 纹底部有折叠状裂纹，见图4。 中中 国国 应应 图3 螺栓的螺纹起始区表面有断续分布的裂纹 图4 在螺栓近断裂处的螺纹底部有折叠 状裂纹 断口分析 急急 在头部断裂的螺栓断口形貌如图5所示。断裂基本沿杆、头交界面发展，断口光滑，有 划伤痕迹，可看到裂纹扩展区、起始源区和较粗糙的瞬断区。 分分 析析 网网 图5 图1中螺栓断口形貌 如图5所示，螺栓头沿颈部断裂，其断口上有划伤痕迹。从断口形貌可判断疲劳源位于 图中左侧螺纹根部（箭头所示处），疲劳贝纹线扩展过程中有倒弧形特征，疲劳区很大，占 断口面积90％以上，说明螺栓属低名义应力下有应力集中条件的弯曲疲劳断裂。 2 沿螺纹处断裂的螺栓断口台阶明显，裂纹推进的海滩花样也清晰可见，如图6所示。圆 周边缘有较典型的多源起始区，并扩展成两个平面，其中一个平面较小，约占1/4。