壓縮機潤滑油管斷裂失效原因分析

呂華亭* 薛利杰 任發(fā)才 司 俊

（上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院）

0 前言

在壓力傳輸系統(tǒng)中，由于壓縮機工作過程具有往復(fù)性，導(dǎo)致系統(tǒng)中產(chǎn)生了機械振動與噪聲。系統(tǒng)中管道的原始缺陷或制造缺陷在循環(huán)載荷的作用下容易發(fā)生疲勞斷裂失效，輕則導(dǎo)致傳輸物質(zhì)泄漏、污染環(huán)境，重則造成系統(tǒng)損壞和人員傷亡。在工業(yè)生產(chǎn)中，由于機械振動原因?qū)е陆Y(jié)構(gòu)破裂失效等情況時有發(fā)生[1-3]。某化工裝置壓縮機潤滑油管運行1 年后發(fā)生斷裂，油管材料為ASTM 316L 不銹鋼，內(nèi)部介質(zhì)為潤滑油，為了查明斷裂原因，對其進行了失效分析。

1 宏觀分析

潤滑油管斷裂宏觀形貌如圖1 所示。油管兩端具有同樣的結(jié)構(gòu)，為帶有錐度的連接接管。斷裂發(fā)生在一側(cè)的的卡箍內(nèi)，斷口處沒有宏觀的塑性變形。

圖1 潤滑油管斷裂形貌

2 化學(xué)成分分析

對斷裂潤滑油管的材料進行化學(xué)成分分析，將分析結(jié)果與ASTM 316L 材料的標(biāo)準(zhǔn)要求進行比對，結(jié)果可見表1。結(jié)果表明：該材料符合ASTM 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的316L 不銹鋼成分要求，排除了選錯材料造成斷裂的可能性。

表1 化學(xué)成分分析結(jié)果比對（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

3 斷口分析

潤滑油管斷口的宏觀照片如圖2 所示。圖2 a）為斷口處外表面加工情況，在裂紋起源處為錐度結(jié)構(gòu)，A 側(cè)局部存在較深的加工槽，而沿圓周方向上，其他部位沒有這種多余加工的痕跡。圖2 b）為斷口宏觀形貌，A，B 兩側(cè)為起裂位置，裂紋向中間擴展，箭頭為裂紋擴展方向。

圖2 潤滑油管斷口

對A，B 兩側(cè)起裂位置處進行斷口掃描電鏡分析，結(jié)果如圖3 和圖4 所示。從圖3 和圖4 中可看出，A，B 兩側(cè)斷裂面上都存在明顯的疲勞裂紋，因此可以判斷該油管斷裂形式為疲勞斷裂。A 側(cè)疲勞裂紋擴展比B 側(cè)更長一些，疲勞裂紋從兩側(cè)擴展到中間因材料強度不足而出現(xiàn)瞬時斷裂。由于存在兩個起裂區(qū)，因此可判斷該管道存在雙向振動現(xiàn)象，斷裂過程示意圖如圖5 所示。

圖3 A側(cè)斷口掃描電鏡圖

圖4 B側(cè)斷口掃描電鏡圖

圖5 斷裂過程示意圖

4 材料金相組織分析

對斷裂處取樣進行金相組織分析，金相組織正常，為單相奧氏體組織，如圖6 所示。

圖6 潤滑油管材料金相組織

5 結(jié)論

分析結(jié)果顯示，潤滑油管接管斷裂原因為疲勞斷裂，這是因為接管為錐度結(jié)構(gòu)，在加工過程中存在過度加工的情況，從而導(dǎo)致該處應(yīng)力集中。同時，由于接管處存在雙向振動現(xiàn)象，因此，在振動作用下，裂紋首先在過度加工處產(chǎn)生，隨著該處裂紋的萌生，對側(cè)也產(chǎn)生了裂紋，然后裂紋逐漸擴展，最后管道發(fā)生瞬時斷裂。潤滑油管斷裂是因管道存在加工缺陷，并在外界振動的作用下而導(dǎo)致疲勞斷裂，因此，應(yīng)提高其加工質(zhì)量，并在工藝上采取措施，減少流體的誘導(dǎo)振動。