水泵螺栓疲劳断裂原因分析.docVIP

水泵螺栓断裂原因分析 1 前言 某电厂两台600MW机组循环水泵为上海凯士比泵有限公司生产的PHZ2200-1550型立式不停机液压全调节可抽芯混流泵。该泵型为上海凯士比泵有限公司首次设计、制造，在国内600MW机组也为首次应用，运行中叶片可以根据需要连续调节，具有较明显的经济性，但可靠性太差。两台机组循环水泵分别于2006年8月和11月投入运行，至今总共已检修8台次，解体发现的问题主要有外筒体螺栓（35CrMoA，M30mm×190mm）、填料函螺栓断裂，动调系统关节轴承变形等。 受电厂委托，河南电力试验研究院对循环水泵外筒体断裂螺栓原因进行了试验分析。 2 宏观断口分析 最终断裂区裂纹起源及扩展区试验用螺栓为外筒体螺栓，3个断裂样品（编号为#1、#2、#3），1个使用未断螺栓（编号为#4）。3个断裂样品的端口形貌相类似，最终断裂区大于裂纹扩展区，裂纹扩展区疲劳贝壳纹(又称前沿线)不明显（见图1、2、3）。断裂面起源于螺纹接触的第1螺纹底部（见图4）。 最终断裂区 裂纹起源及扩展区 图1 #1样断口形貌 图2 #2样断口形貌 图3 #3样断口形貌 断裂起源点图4 #3样断裂位置形貌 断裂起源点 3．微观组织分析 在断裂螺栓沿裂纹起源区位置取样做金相，在未断裂螺栓螺杆处取横截面做金相。金相组织均为魏氏组织（见图5、6、7、8）。 图5 #1样组织形貌 500× 图6 #2样组织形貌 500× 图7 #3样组织形貌 500× 图8 #4样组织形貌 500× 4.光谱检查情况 使用X-Met3000TX手持式光谱仪对4个螺栓样品进行光谱检验，其结果为：Cr0.90%、Mo0.20%，符合GB3077-1999《合金结构钢》35CrMoA成分要求。 5 原因分析 从宏观断口形貌来看，断裂失效形式属于低周疲劳。低周疲劳失效是指螺栓在运行过成中，受到外界较大应力，或是较大的激振力，导致螺栓经受较低振动次数即发生断裂的一种疲劳损坏方式。疲劳贝壳纹(又称前沿线)不明显，在断面上疲劳扩展区面积往往小于最终断裂的静撕断区。 断裂螺栓与未断裂的螺栓金相组织均为魏氏组织，魏氏组织为非正常组织。魏氏组织特征为在一个粗大的奥氏体晶粒内会形成许多平行的铁素体针片，在铁素体针片之间的剩余奥氏体最后转变为珠光体，这种过热组织称为魏氏组织。魏氏组织不仅晶粒粗大，而且由于大量铁素体针片形成的脆弱面，使金属的韧性急剧下降。 虽说所检验的螺栓金相组织都不正常，性能较差，但也未全部出现断裂；而出现断裂的螺栓却全部是因所受应力过大造成的。说明螺栓的断裂主要与所受应力过大有关，材料的组织性能差只起到促进作用，使螺栓过早出现断裂。同时也说明整个法兰结合面螺栓受力不均匀，局部螺栓受力过大。 6 结论及建议 循环泵外筒体螺栓断裂的原因是：局部螺栓受力过大，在材料组织性能较差的情况下，使用较短的时间出现断裂。 建议：结合检修机会，从结构和运行方式两方面查找引起外筒体螺栓局部受力过大的原因；提高螺栓的强度等级，如选用C422螺栓，并注意选用经检验合格的螺栓。