公司名稱：廣州市安普檢測技術服務有限公司 6kmwv.cn

摘要：對斷裂的高壓天然氣壓縮機平衡管法蘭螺栓的金相組織
、化學成分、力學性能及斷口的宏、微觀特征等進行了綜合分析，並結合壓縮機設計文件資料
、運(yun)行(xing)狀(zhuang)態(tai)等(deng)，找(zhao)出(chu)其(qi)斷(duan)裂(lie)的(de)原(yuan)因(yin)。結(jie)果(guo)表(biao)明(ming)，在(zai)交(jiao)變(bian)載(zai)荷(he)的(de)長(chang)期(qi)作(zuo)用(yong)下(xia)
，緊(jin)固(gu)螺(luo)母(mu)與(yu)設(she)備(bei)結(jie)合(he)處(chu)螺(luo)栓(shuan)的(de)螺(luo)紋(wen)根(gen)部(bu)存(cun)在(zai)應(ying)力(li)集(ji)中(zhong)現(xian)象(xiang)
，致(zhi)使(shi)該(gai)部(bu)位(wei)成(cheng)為(wei)裂(lie)紋(wen)源(yuan)
，最(zui)終(zhong)螺(luo)栓(shuan)發(fa)生(sheng)疲(pi)勞(lao)斷(duan)裂(lie)。

1 研究背景                 

moutianranchangshuguandaoyaqizhanyasuojipinghengqiguanxianyuyasuojiqudongduanduangailianjiefalanjinguluoshuanturanduanlieshigu，guanxianbengtuobianxing，tianranqidaliangxielu
，daozhikeranqijiancetantoubaojing
，chufakongzhixitongzhishiyasuojitingji。tu1、圖2分別為壓縮機組平衡管外觀圖和連接螺栓斷裂後的法蘭外觀圖。外弄清斷裂的原因，從螺栓的金相組織
、化學成分及斷口形貌等進行綜合分析
，並結合壓縮機設計文件資料
、運行狀態等進行了綜合分析。

2理化檢驗與分析

2.1宏觀斷口分析

內六角螺栓是應用最廣的一類螺栓。其A級和B級螺栓用於重要的裝配精度要求高且能承受較大衝擊
，振動或交變載荷的場合。

圖3是斷裂螺栓的實物圖斷口形成兩個主平麵，較小的平麵起點為螺紋底部
，呈半橢圓形
，與螺栓斷麵呈45度的夾角，麵積約為10%，應為裂紋萌生區，較大的平麵垂直於螺栓軸線，應為裂紋擴展區，未發現明顯瞬間區。圖4是斷裂螺栓斷口的宏觀形貌，螺栓斷口表麵呈亮灰色，有較微弱金屬光澤，未見腐蝕痕跡
，無明顯塑性變形，斷口平滑。

2.2微觀斷口分析

對裂紋源區、裂紋擴展區以及瞬斷區進行了FEI Quanta 650FEG場掃描電子顯微鏡分析，圖5所示。發現斷口中存在多個裂紋源，有數條貝線紋
，高倍觀察時有撕裂台階
，是典型的疲勞損傷破壞特征。對其中一個裂紋源放大1000倍觀察，斷口處呈現明顯的疲勞斷裂特征。

2.3化學成分

現場抽取已斷裂、未斷裂螺栓共2隻樣品采用ICP等離子發射光譜儀
、CS800碳硫分析儀對其進行化學成分分析，結果表1所示，2個螺栓式樣的化學成分均符合JB/T4707-2000及GB/T3077-2015標準中對35CRMOA鋼的成分要求，因此，不存在由於雜質含量的超標及成分分布不均勻等因素導致的材料破壞。

2.4力學性能

由於該螺栓受到周期性衝擊載荷
，因此對抗衝擊性能要求較高，從斷裂試樣上截取1個衝擊試樣（試樣1）、同批次2個新螺栓上截取2個衝擊試樣（試樣2、試樣3）進行衝擊試驗。

對(dui)衝(chong)擊(ji)斷(duan)口(kou)的(de)宏(hong)觀(guan)和(he)微(wei)觀(guan)形(xing)貌(mao)進(jin)行(xing)了(le)檢(jian)驗(yan)。可(ke)見(jian)，衝(chong)擊(ji)斷(duan)口(kou)的(de)整(zheng)個(ge)斷(duan)麵(mian)較(jiao)灰(hui)暗(an)
，呈(cheng)現(xian)維(wei)狀(zhuang)，衝(chong)擊(ji)斷(duan)口(kou)形(xing)貌(mao)與(yu)斷(duan)裂(lie)螺(luo)栓(shuan)斷(duan)口(kou)形(xing)貌(mao)完(wan)全(quan)不(bu)同(tong)，顯(xian)示(shi)韌(ren)性(xing)斷(duan)裂(lie)的(de)特(te)征(zheng)，說(shuo)明(ming)該(gai)材(cai)為(wei)延(yan)性(xing)材(cai)料(liao)
，未(wei)發(fa)生(sheng)脆(cui)性(xing)現(xian)象(xiang)。

另外取樣進行拉伸性能檢驗


，螺栓的力學性能表2所示，可以看出
，該樣品力學性能完全符合標準要求。

2.5金相組織

截取螺栓的縱截麵試驗進行金相分析。夾物含量較少。經過4%的硝酸酒精溶液侵蝕後用OLYMPUS GX71金相顯微鏡觀察，金相組織為回火索氏體
，為正常的調質狀態組織，晶粒度8級
，圖6所示，螺紋底部未發現明顯的脫碳現象，這說明材料熱處理狀態正常。

3分析與討論

綜上知，斷裂螺栓的化學成分符合35CRMOAgangdebiaozhunyaoqiu，jinxiangzuzhiweihuihuosuoshiti，qichongjixingnengyulashenxingnengjunfuhebiaozhunyaoqiu
，biaomingqirechuligongyizhengchang，cailiaoxingnengfuheyaoqiu
，duanliebuweimeiyoumingxianbianxing
，gailuoshuanbushiyouyuguozaizaochengde。

對壓縮機供應商提供的壓縮機推力平衡管裝配圖
、推力平衡管材料清單報告
、平衡管法蘭圖紙進行審核發現
，圖紙設計平衡管連接采用內六角頭螺釘，而《AP1617離心壓縮機》第2.3.1.7.2條要求“在(zai)水(shui)平(ping)部(bu)分(fen)的(de)機(ji)殼(ke)的(de)主(zhu)要(yao)連(lian)接(jie)麵(mian)和(he)徑(jing)向(xiang)部(bu)分(fen)的(de)機(ji)殼(ke)的(de)螺(luo)栓(shuan)連(lian)接(jie)的(de)端(duan)蓋(gai)上(shang)，應(ying)提(ti)供(gong)柱(zhu)狀(zhuang)雙(shuang)頭(tou)螺(luo)栓(shuan)。在(zai)所(suo)有(you)其(qi)他(ta)外(wai)部(bu)連(lian)接(jie)上(shang)應(ying)使(shi)用(yong)柱(zhu)狀(zhuang)雙(shuang)頭(tou)螺(luo)栓(shuan)替(ti)代(dai)有(you)頭(tou)螺(luo)釘(ding)；JB/T4700-2000《壓力容器法蘭分類與技術條件》要求

，螺栓按照JB/T4707規定應該采用雙頭螺栓。因此螺栓的結構形式選擇錯誤是導致其斷裂的本質因素。

螺(luo)紋(wen)的(de)不(bu)連(lian)續(xu)形(xing)狀(zhuang)使(shi)螺(luo)紋(wen)的(de)頂(ding)部(bu)和(he)螺(luo)紋(wen)的(de)底(di)部(bu)部(bu)位(wei)存(cun)在(zai)應(ying)力(li)集(ji)中(zhong)現(xian)象(xiang)，螺(luo)紋(wen)的(de)底(di)部(bu)由(you)於(yu)截(jie)麵(mian)積(ji)小(xiao)，應(ying)力(li)較(jiao)螺(luo)紋(wen)的(de)頂(ding)部(bu)更(geng)高(gao)。當(dang)采(cai)用(yong)內(nei)六(liu)角(jiao)螺(luo)釘(ding)代(dai)替(ti)雙(shuang)頭(tou)螺(luo)栓(shuan)時(shi)
，單(dan)頭(tou)緊(jin)固(gu)時(shi)更(geng)加(jia)容(rong)易(yi)產(chan)生(sheng)應(ying)力(li)集(ji)中(zhong)。

luoshuanduanlieweizhidouzaijinguluomuyushebeijiehechudeluowenshang。zheshiyinweiningjinluomuhou，zailuoshuanshangchanshengdezhouxianglalifenbushibujunyunde。diyikouluowenyachengshoudezhouxianglizuida，ranhouyicijianshao，lingyifangmian

，yinweiluoshuanyuluomushijianxipeihe，zaijiaobianzhengyinglijiwanquyinglidezuhezuoyongxia
，shiluoganyuluomuluowenzhijiandejiechuzhuangtaizaibutongbuweichanshenghendadequbie
，jishitongyiquanluowenshoudaodezaiheyebutong，kaojinjinqifabuweishoulizuida，suoyigaichuyifashengpilaoshixiao。

4、結論

（1）失效螺栓的化學成分、力學性能以及金相組織都符合JB/T4707-2000標準要求。

（2）法蘭接頭選用內六角螺釘

，不符合《API617離心壓縮機》的規定以及JB/4700-2000《壓力容器法蘭分類與技術條件》要求，應選用雙頭螺栓。

（3）從材料的宏觀斷口和微觀分析
，螺栓開裂是螺栓螺紋底部的疲勞失效而引起的。

 （以上信息摘抄“愛學術“
，廣州市安普檢測技術服務有限公司僅用於服務項目。）

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