文档介绍：§6 失效分析实例
国内近20年来召开了多次全国机械装备失效分析会议和全国机电装备失效分析预测预防战赂研讨会,提交论文一千多篇,内容涉及:
国内外机械装备失效状况介绍。
失效分析的基础理论研究。
失效分析测试方法的探讨研究。
金属构件失效案例剖析。
预防失效的方法和经验。
国内292个典型案例按失效原因的统计
原
因
设
计
冶金因素及材质
使用问题
材质问题
夹杂相
脆性相
异金属
老
化
错用材料
使用不当
润滑不良
损
伤
次数
25
20
19
2
1
1
1
10
5
7
40
22
%
7. 5
国内292个典型案例按失效原因的统计(续)
原
因
环境因素
加工缺陷及装配
温
度
腐
蚀
磨
损
振
动
过
载
切削加工
铸
造
锻
造
焊
接
热处理
装配不良
次数
16
24
22
7
2
29
23
4
15
48
15
71
134
%
设计或材料因素为主引起的失效
§ 设计或材料因素为主引起的失效
例1 醇胺贫富液换热器列管腐蚀穿漏
醇胺
再
生
塔
低温醇胺富液
(含H2S和CO2)
高温醇胺贫液
(脱除H2S和CO2)
2001年底大修时,发现有部分列管穿漏。
1. 背景资料
管子损坏
严重部位
损坏部位:靠近壳程热流体进口处的管子、管程冷流体热端处的管子。
表面观察:①管内外表面均可见棕色表面覆盖层,在没有坑洞的表而用锉刀轻轻锉一下能看见银白色的金属光泽,说明均匀腐蚀轻微。
②严重腐蚀区的管子外表面分布很多凹坑,深浅不一,有些凹坑已穿透管壁厚,大多凹坑为敞口椭园截面坑洞。
③拉杆套管的腐蚀损坏比换热管更严重。
2. 失效件宏观分析
图5-7 测试分析用的失效管子及拉杆套管
1). 管材的化学成分测定
取样:腐蚀轻微的部位(磨去表面覆盖物)
结果:管材料与20钢成分接近,但C含量稍低,S含量超标
(估计是含S腐蚀产物的影响)。
2). 换热管的金相分析
观察部位:管子截面、有腐蚀凹坑的表面(要除去覆盖物)和带有腐蚀产物凹坑的截面。
结果:①组织为正常的铁索体+珠光体;②管表面的坑洞未见选择性腐蚀; ③表面覆盖的腐蚀产物是疏松的,与管材接触不紧密,~。
3. 测试及失效原因分析
图5-8 凹坑截面(a)及坑低间隙(b)的微观形貌
(a) (b)
表面覆盖物O、C及S等腐蚀性阴离子元素(电子探针能谱分析),其主要成分为Fe2O3、Fe3O4、FeCO3及FeS(X射线衍射分析)。
4). 腐蚀原因分析
在温度较高时,醇胺液介质中含有H2S、CO2及少量水,产生CO2腐蚀(为主)和H2S腐蚀;升温会加速腐蚀,100℃以上的温度会引起较严重的腐蚀;换热器壳程温度比管程高,因此壳程的腐蚀比管程严重;管表面覆盖的腐蚀产物膜又导致膜下腐蚀或垢下腐蚀。
采用注入-响应法测单弓形折流板的壳程流体流动状态,发现壳程存在较宽的流体相对静止区和滞流区(即传热“死区”)。这些传热死区利于静态下的点腐蚀及垢下腐蚀发生。
在传热死区中,拉杆套管因没有管程冷流体通过,其管壁温度与壳程热流体相同,故其腐蚀比换热管严重。
3). 腐蚀产物的鉴定
①醇胺贫富液换热器在含H2S、CO2及少量水醇胺液介质中产生的腐蚀以CO2腐蚀为主;
②形成的腐蚀产物在传热管外壁沉积,~,使传热管发生垢下腐蚀;
③由于传热“死区”的存在,高温加速腐蚀,促进传热管在此区域的腐蚀泄漏。
①采用耐蚀材料,建议采用铁索体或奥氏体不锈钢替代碳钢及低合金钢;
②壳程结构改进,推荐采用孔-杆式或梅花板式等传热效率高的换热器,既可提高传热效率,又可改进壳程流态,减少“死区”引发的局部腐蚀。
4. 结论
5. 改进措施
制造因素为主引起的失效
§ 制造因素为主引起的失效
1) 主机参数:额定功率为8820 kW,单缸功率为735kW,最高转速480r/min,常用转速400 r/min;
2) 曲轴参数:材料相当于35CrMoA(中国),轴颈φ=400 mm,质量约15t;
3) 质量要求:曲轴整体锻造,调质后才可交付使用(按规定)。
4) 使用情况:船已使用十年,但主机只运转30900 h。
例2 进口万吨级远洋货轮主机曲轴断裂
1. 背景资料
曲轴在近功率输出端第二曲臂处断裂成两截!