火力发电厂捞渣机链条断裂原因分析

刘宇博

浙江浙能兰溪发电有限责任公司 浙江金华 321000

1 理化检验

1.1 宏观检查

检查断裂链条的宏观形貌，如图1 所示，可见链条从断口1 和断口2 处断为两部分。断口1 所在位置附近存在多处横向裂纹，裂纹之间距离相近，平行分布，可见断面平整清晰，断面起源于表面渗碳层，疲劳条纹明显，符合疲劳断裂特征。清洗前，断面大部分位置覆盖有渣灰沉积物，经多次超声波清洗（盐酸介质）后，仍有部分位置有渣灰沉积物残留。检查可见链条两端链接处的磨损痕迹均偏向于链条中间偏下位置，说明链条上方断口2 位置服役过程中一直受由内向外的弯曲应力作用。链条上方存在明显的磨损平台[1]。

综合断口的宏观形貌可以判定，链条初始断裂位置为断口2，该处断开后链条另一侧承受较大的交变应力且在箭头1 处存在应力集中，导致箭头1 处发生疲劳断裂，链条脱开。

1.2 化学成分分析

使用PDA-7000 光电直读光谱仪对来样链条的化学成分进行检验，将检验结果与相应标准进行对比，如表1 所示，结果表明，来样链条的成分符合标准要求。

1.3 金相检验

在链条断口2 外环面磨损平台位置切取金相试样，试样经磨制抛光后，使用4%硝酸酒精溶液腐蚀，之后在Axio Observer A1m型金相显微镜下观察其金相组织。通过观察断口2 附近的金相组织，可见链条主断面较为平整，链条外表面有深约2．1mm 的硬化层，断口附近链条外表面存在3 处裂纹，裂纹起源于渗碳层表面，斜向心部扩展。裂纹1 内部有致密灰渣，附近衍生有向其他方向扩展的小裂纹，裂纹末端尖锐，扩展性强。裂纹2 末端的形貌尖锐，附近有不连续的闭合型裂纹。裂纹3 中链条心部晶粒细小，组织为低碳马氏体+少量铁素体[2]。

1.4 断口分析

采用CarlZeissSigma300 型热场发射扫描电子显微镜对链条断口2 和金相试样进行分析。距离链条表面约1．5mm 位置存在一条环向裂纹，裂纹基本连续分布于链条一周，裂纹附近断口表面平整。链条心部为脆性解理断裂的断口特征。观察主断面中距离链条边缘1．5mm 处的二次裂纹形貌，可见裂纹内部填充有致密的氧化物，表明裂纹的产生及过程是一个长期过程，裂纹斜向链条心部扩展，附近组织为针状马氏体[3]。

2 断裂原因分析

发生断裂的链条存在两个断口，宏观检查可见断口2 所在位置外表面有明显的磨损平台，链条两端连接处的磨损痕迹表明链条长期处于偏离一侧的工作状态，导致该侧硬化层损耗近半，表面强度降低，在弯曲应力作用下发生断裂。该链条的成分符合相应标准要求，表面硬化层深度和渗碳层硬度符合出厂质量指标要求。链条初始断口表面有较厚且致密的渣灰沉积物，主断口附近存在多条起源于链条渗碳层表面的裂纹，裂纹末端尖锐，斜向心部扩展。断口附近距表面1．5mm 左右的渗碳层中存在周向裂纹，裂纹斜向链条心部扩展，裂纹内部填充有致密的氧化物，表明初始裂纹的产生和二次裂纹的扩展是一个长期过程。链条主断口附近其他裂纹的存在和扩展方向验证了断口2 位置承受了较大的弯曲应力。综上所述，链条服役过程中不均匀的磨损导致链条外环表面硬化层损耗近半，表面强度降低，在弯曲应力作用下产生裂纹，裂纹在剩余的硬化层中缓慢扩展，到达基体后，由于基体强度较低，裂纹快速扩展，致使链条一侧断裂，此时另一侧承受较大的交变应力，发生疲劳断裂，最终导致该链条脱开。

表1 来样链条的化学成分与相关标准要求

3 结语

（1）该链条两端连接处处于偏离一侧的工作状态，长期服役导致链条外环硬化层磨损严重，表面强度降低，在较大的弯曲应力作用下产生裂纹。裂纹穿过硬化层后，在强度较低的基体中快速扩展导致链条一侧断裂。捞渣机在之后的服役过程中另一侧链条承受较大的交变应力，发生疲劳断裂，最终导致链条脱开。（2）建议利用停机机会检查链条其他位置是否存在链条间活动卡涩或连接处磨损偏离一侧的情况，对存在严重磨损的链条和磨损明显偏离一侧的链条进行更换。