軋機減速箱軸承的電蝕故障診斷及失效分析

劉洪吉

（青島特殊鋼鐵有限公司裝備部，山東 青島 266400）

某軋鋼廠軋機減速箱檢修投入使用后振動值增大，采用頻譜分析技術對該設備進行監測診斷，分析并驗證高速軸驅動端軸承內圈故障。軸承使用一周便出現異常磨損，為了查找故障原因，對此展開一系列試驗分析。

1 設備狀態監測與故障診斷

2020 年3 月29 日檢修完成一周后，監測發現該設備高速軸驅動端振動值由2.4mm/s 上升至7.2mm/s，加速度包絡總值由1.87gE 上升至22.3gE，頻譜圖中出現軸承（32230）內圈故障頻率，且兩側伴有多組邊頻（圖1），分析高速軸驅動端軸承內圈故障。4 月11 日，檢修時發現高速軸驅動端軸承內圈滾道處存在密集凹坑和多條溝蝕（圖2）。

圖1 加速度包絡頻譜圖

圖2

為了分析軸承內圈磨損原因，對軸承內圈進行相關試驗分析，主要包括化學成分分析、硬度測定、SEM 觀察與EDS分析。通過相關試驗，判斷軸承內圈磨損是否和自身質量及外界因素有關，找出軸承內圈短期磨損的原因。

2 試驗分析與結果

2.1 化學成分分析

所用軸承（32230）材料為GCr15 鋼，采用光譜分析儀對試樣進行檢測，成分分析如表1 所示，試樣符合GB/T18254 標準。

表1 GCr15 化學成分

2.2 硬度測定

橫截面取樣，測定其表層與內部基體的硬度，見表2。試樣符合GCr15 調質處理后的硬度標準。

表2 軸承內圈橫截面硬度

2.3 SEM 觀察與EDS 分析

觀察試樣缺陷部位形貌，表面存在凝固產物和污跡（圖3），其能譜分析結果見圖4，主要成分為C,含有微量的K、Na、Si、P、Mg、Zn、Ca 等成分，推測為污染物和潤滑脂添加劑成分。

圖3

圖4

3 試驗結果與討論

軸承內圈的材質和硬度都符合GCr15 的要求，此次磨損與軸承本身材質無關。軸承內圈有兩條平行的磨損痕跡，且磨損嚴重，周圍分布有大量微小的凹坑，磨損處存在潤滑脂污跡，且潤滑脂有變黑、碳化現象，部分區域潤滑脂有明顯灼燒后凝固痕跡，呈現出電蝕的特征。

當電流通過軸承時，電流會擊穿滾動接觸部分極薄的油膜，產生火花，使接觸表面產生局部熔化損，形成電弧放電麻點，造成軸承溝道和鋼球電蝕，使摩擦系數增大，加劇機械磨損，致使軸承異常發熱，嚴重時會發展成剝落，最終使軸承功能過早失效。電蝕對軸承的破壞程度取決于電流能量的大小和持續時間的長短，破壞效果基本相似，包括滾動體、內外圈滾道上的電蝕凹坑和條狀平行溝蝕。電流通過還會導致軸承內的潤滑脂結構發生變化，局部高溫會導致添加劑和基油發生反應，使基油燃燒或碳化，潤滑脂變黑變硬。同時，300℃左右的高溫致使潤滑脂變稀，在旋轉部件作用下從間隙甩出，潤滑脂的迅速失效也是過電流導致軸承失效的一個典型模式。

4 電流查找及預防措施

為了查找通過軸承電流的來源，逐步開展排查工作：經過對接地體的接地電阻檢測，接地電阻阻值0.028Ω 符合接地標準要求；電機接地碳刷與轉軸接觸良好，電機碳刷接地電流與正常電機接地碳刷電流一致，可以排除軸電流導致軸承電蝕；現場檢查時，發現軋機減速箱附近存在電焊作業情況，搭接地線部位與軋機減速箱直接利用減速箱接地進行搭接，推測電焊機作業時產生的較大短路電流通過地線傳導至減速箱造成軸承電蝕。

預防措施：設備主管部門出具電焊作業管理規定，規范接地，嚴禁在減速箱上跨接或者搭接接地線，防止電流通過導致軸承電蝕。

5 結語

電焊作業接地部位與減速箱接地線進行搭接，電流通過軸承導致內圈電蝕，是造成軸承異常磨損的主要原因，采取相應的防范措施可以避免同類故障的發生。