Page 86 - 理化检验-物理分册2019年第六期
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陈 浩, 等: 风力发电机组主轴连接螺栓断裂原因分析


            模拟分析     [ ８Ｇ９ ] , 结果如图 ４ 所示.可以看出, 当主轴             整体断裂失效      [ １０Ｇ１４ ] .
            连接螺栓承受剪切及弯曲应力时, 最大应力出现在
            螺栓自刚性杆处数第一道螺纹的牙底处, 该处应力                           ３  结论及建议
            水平为其他区域的数十倍.如若该部位存在氢脆现                                 本次风力发电机组主轴连接螺栓断裂的主要原
            象, 在恶劣工况下极易沿着应力集中区域开裂.                             因为酸洗工艺控制不当, 造成大量氢渗入螺栓, 使螺
                                                               栓的氢脆敏感性增大, 最终发生氢致脆性断裂.
                                                                   为避免螺栓再次发生类似断裂失效, 应加强对
                                                               风力发电机组高强度连接螺栓的金属技术监督, 鉴
                                                               于高强度螺栓氢脆损伤常会成批次出现的情况, 应
                                                               对同批次高强度连接螺栓进行全面检验排查, 发现
                                                               问题及时处理; 更换新螺栓时, 建议同一部位所有螺
                                                               栓作整体更换, 而且新更换的螺栓应经过严格的使
                                                               用前检验, 合格后才可使用.螺栓生产厂家应合理
                                                               控制酸洗时间和酸洗溶液温度, 酸洗结束后, 应尽快
                         图 ４  主轴连接螺栓应力分布图
                                                               进行除氢处理.同时建议追溯螺栓生产使用流程,
              Fi g 敭４ Thestressdistributionma pofthes p indleconnectin gbolt
                                                               排查可能接触酸性物质的环节, 以避免因氢的渗入
            ２  综合分析                                            造成螺栓断裂失效.

                 断裂主轴连接螺栓的化学成分、 维氏硬度及低                         参考文献:
            温冲击吸收能量均与设计材料的要求相符合.螺栓
                                                                [ １ ]   周锦, 李倩 ． 新能源技术[ M ] ． 北京: 中国石化出版社,
            未见异常组织, 螺纹牙顶存在折叠缺陷, 推测该折叠
                                                                    ２０１１．
            是由搓丝板上的缺陷所致, 根据相关规程                   [ ４ ] 要求该     [ ２ ]   马宏革, 王亚非 ． 风电设备基础[ M ] ． 北京: 化学工业
            折叠缺陷是允许存在的, 因此其对本次主轴连接螺                                 出版社, ２０１３．

            栓断裂失效影响不大.                                          [ ３ ]   全国钢标准化技术委员会． 合金结构钢: GB / T３００７－
                 主轴连接螺栓在风机运行过程中主要承 受拉                               ２０１５ :[ S ] ． 北京: 中国标准出版社, ２０１６．
            伸、 剪切、 扭转等静态应力以及振动载荷, 其受力情                          [ ４ ]   全国紧固件标准化技术委员会 ． 紧 固 件 表 面 缺 陷 螺
            况极为复杂.通过仿真计算可知, 自刚性杆处数第                                 栓、 螺钉和螺 柱 一 般 要 求: GB / T５７７９．１－２０００ [ S ] ．
            一道螺纹的牙底处为整个螺栓的应力集中区, 与主                                 北京: 中国标准出版社, ２００４．
                                                                [ ５ ]   全国紧固件标准化技术委员会 ． 紧 固 件 机 械 性 能 螺
            轴连接螺栓实际断裂位置相符.
                                                                    栓、 螺钉和螺柱: GB / T３０９８．１－２０１０ [ S ] ． 北京: 中国
                 断裂主轴连接螺栓的氢含量较高, 且边缘处的
                                                                    标准出版社, ２０１１．
            氢含量高于心部的, 断口初始断裂区为沿晶断裂, 扩
                                                                [ ６ ]   陶春虎 ． 紧固件的失效分析及其预防[ M ] ． 北京: 航空
            展区为准解理断裂, 整个断口呈现较为明显的氢致
                                                                    工业出版社, ２０１３．
            脆性断裂特征.                                             [ ７ ]   姜招喜, 许 宗 凡, 张 挺 ． 紧 固 件 制 备 与 典 型 失 效 案 例
                 综合以上分析认为, 本次主轴连接螺栓断裂过                              [ M ] ． 北京: 国防工业出版社, ２０１５．
            程分析如下.该高强度主轴连接螺栓因表面处理前                              [ ８ ]   刘雪霞, 李杰, 孙萌, 等 ． 基于 ANSYS 的螺栓 联 接 有
            的酸洗工艺控制不当, 氢渗入螺栓表面, 这些氢在浓                               限元计算[ J ] ． 机械工程师, ２０１５ ( ５ ): ２３Ｇ２５．
            度梯度和应力梯度的驱动下不断地向应力最为集中                              [ ９ ]   张涛, 陈浩, 田峰, 等 ． 在建１１０kV 输电线路铁塔塔腿
            的螺栓自刚性杆处数第一道螺纹的牙底处扩散, 形                                 开裂失 效 分 析 [ J ] ． 理 化 检 验 ( 物 理 分 册), ２０１８ , ５４
                                                                    ( １０ ): ７６１Ｇ７６４．
            成氢的高度偏聚, 渗入的氢优先占据金属晶体点阵
                                                               [ １０ ]   涂建国, 李晓玲 ． 紧固螺钉断裂失效分析[ J ] ． 理化检
            中的孔隙、 晶界、 空穴、 位错、 沉淀相及夹杂物与基体
                                                                    验( 物理分册), ２０１４ , ５０ ( ４ ): ３１０Ｇ３１２．
            的界面、 气孔等缺陷处, 造成该区域材料脆化.这样                          [ １１ ]   杨晓, 陈政龙, 潘恒沛, 等 ．４０Cr钢紧固螺栓断裂原因
            在风机运行过程中, 主轴连接螺栓在弯曲、 剪切和拉                               分析[ J ] ． 理 化 检 验 ( 物 理 分 册), ２０１６ , ５２ ( １２ ): ９０３Ｇ
            应力的共同作用下, 沿螺栓自刚性杆处数第一道螺                                 ９０５．
            纹牙底开裂, 并以“ 人字” 纹脆性断裂方式扩展, 直至                                                        ( 下转第 ４３２ 页)
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