某電廠空壓機電機軸斷裂原因分析

張留斌，耿進鋒，王曉晨

（河南省電力公司 電力科學研究院，河南 鄭州 450052）

2012年2月17號，河南某發電公司#1、#2機組#2空壓機電機軸，發生斷裂事故，#2空壓機為英格索蘭公司生產的M250型空壓機，電機軸材質為#42鋼。

1 現場檢查情況及宏觀分析

現場檢查發現，電機軸斷裂處位于驅動側軸承套內，距連接齒輪約200 mm。據了解，該軸在運行過程中，曾發生塌落事故，并造成軸外表磨損，電廠外委進行了噴涂處理。檢查發現斷口附近軸表面整圈進行了噴涂處理，厚度約1mm。電機軸斷口具有明顯的放射線紋，斷面上有多處面積較大的冶金缺陷，裂紋源點由冶金缺陷處撕裂斷開。

現場調取#2空壓機電機電流記錄，發現軸斷裂前由于空壓機負荷在不斷調整，電機電流每隔1 h左右，在14～32 A之間波動。事發前12 h，空壓機一直帶負荷運行，電流維持在30 A左右，2012年2月17日21:20左右，電流升至32 A，電機軸斷裂。

2 斷口試驗分析

采用X-Met3000TX手持式光譜儀，對電機軸進行檢測，發現電機軸基體和噴涂層含Fe和Mn兩種元素，未見其他合金元素，二者材質均為碳鋼。

2.1 斷面微觀組織形貌檢測

在體視顯微鏡下，進行斷口形貌觀察，斷口內部存在較多冶金缺陷，裂紋沿冶金缺陷處開裂擴展。

對試樣進行拋光、采用4%硝酸酒精溶液浸蝕，試樣斷面呈現4種不同組織形貌（見圖1～圖4）。試樣斷面不同，區域組織形貌并不相同，其中圖1為涂層組織形貌。

圖1 涂層位置金相組織形貌圖

圖2 近涂層位置金相組織形貌圖

圖3 近基體位置金相組織形貌圖

圖4 基體位置金相組織形貌圖

由圖1可知，噴涂層位置處，組織形貌呈現波浪形，無法確定具體組織，非碳鋼正常組織形貌。

由圖2可知，近噴涂層位置處由兩種組織形貌，一種為針狀馬氏體組織，一種為先共析鐵素體+珠光體。針狀馬氏體組織出現的原因，為該處噴涂時溫度超過軸體材料Ac1相變點，空冷后未進行回火所致。

由圖3可知，近基體處位置處組織形貌為先共析鐵素體+珠光體。

由圖4可知，基體位置處組織形貌為珠光體+魏氏體組織，屬于典型的過熱組織形貌。

從圖中也可以看到，裂紋起源于內部冶金缺陷處，由內向外擴展，裂紋開口較大。

2.2 硬度檢測

采用里氏硬度計，對電機軸基體和噴涂層進行硬度檢測，檢測結果顯示，基體硬度值在156 HB左右，噴涂層硬度值在356 HB左右，相差很大。

3 原因分析

（1）由斷口形貌、宏觀和微觀檢查可以看到，電機軸基體內部存在大量冶金缺陷和宏觀裂紋，裂紋起源于基體內部冶金缺陷，由內向外擴展。

（2）常用軸體使用狀態應為調質組織，即淬火+高溫回火組織。而斷軸基體金相組織為粗大的珠光體組織和魏氏體組織，屬于正火組織形態，正火加熱時，過熱時間較長，造成組織粗大。魏氏組織及粗大組織形態對基體的分割作用，使電機軸強度和沖擊韌性降低，脆性上升。

（3）由硬度檢測結果可知，噴涂層和基體硬度值差別約200 HB，造成結合面處表面應力較大；電機軸體噴涂修復時加熱溫度過高，造成軸體局部區域出現淬硬馬氏體組織，這些因素在外載作用下，促進缺陷開裂并擴展。

（4）由電機電流記錄曲線可以看出，空壓機正常運行中頻繁進行加載、卸載過程，在電機軸驅動側不斷形成沖擊力。基體內部缺陷在沖擊力作用下，不斷擴展，最終造成電機軸脆性斷裂。

4 結束語

電機軸體制造品質嚴重不合格，基體內部存在宏觀裂紋和大量冶金缺陷。在空壓機正常運行過程中加載、卸載形成的沖擊力作用下，內部裂紋擴展，發生斷裂。

生產廠家在電機軸制造過程中，應采用合格鍛件，嚴格制定熱處理工藝，并進行產品品質檢驗。電廠在設備進貨時，應索取相關圖紙及品質證明文件。

建議對其余電機軸進行抽檢，避免此類問題發生。

[1]蔡文河.電廠重要金屬部件的失效及其監督[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2]廖宏楷.電站鍋爐試驗[M].北京：中國電力出版社，2007.