Page 37 - 理化检验-物理分册2022年第五期

薛 凯, 等: LN3-2-6X 井直线电机抽油机导向轮轴断裂原因

口属典型脆性特征, 且断口表面有明显疲劳台阶; 结 综合以上分析可知, 该导向轮轴断裂的主要原
合腹板断口处表面的微观疲劳辉纹形貌特征可以确 因是焊接缺陷, 由于导向轮轴与加强腹板之间的焊
定, 该导向轮轴断裂属于典型疲劳断裂, 疲劳裂纹起 缝上存在焊接热裂纹, 抽油机在服役过程中产生的
源于腹板与导向轮轴之间的焊缝处。由导向轮轴的 疲劳载荷导致焊接热裂纹成为裂纹源, 并不断发生
磁粉检测结果可知, 在导向轮轴与腹板之间的焊缝 疲劳扩展; 同时, 导向轮轴心部材料出现魏氏组织,
上发现大量裂纹, 这些裂纹在导向轮轴服役时因承 使得导向轮轴材料的抗裂纹扩展能力进一步降低,
受疲劳载荷发生疲劳扩展, 最终导致轮轴发生断裂。 加速了导向轮轴发生疲劳断裂。
通常, 焊接裂纹分为热裂纹和冷裂纹, 前者是在
3 结论及建议
焊接时产生的, 后者是在焊缝冷却过程中或冷却后

产生的。冷裂纹一般产生在基体金属或熔合线上, ( 1 ) LN3-2-6X 井直线电机抽油机导向轮轴的

大多数为纵向裂纹, 少数为横向裂纹; 热裂纹一般产 化学成分、 硬度符合 GB / T699 — 2015 的要求; 供货
生在焊缝的结晶过程中, 绝大多数产生在焊缝金属 方未按照 GB / T699 — 2015 标准要求对轮轴进行热

中, 有的是纵向裂纹, 有的是横向裂纹。由焊缝的无 处理, 导致其力学性能不符合 GB / T699 — 2015 的
损检测结果可以看出, 该导向轮轴与加强腹板之间 要求; 显微组织中含有魏氏组织, 晶粒粗大; 导向轮
焊缝上的裂纹属于典型焊接热裂纹。该抽油机在上 轴与腹板之间的焊缝上发现大量裂纹。

冲程、 下冲程往复运动时, 会将疲劳载荷加载于导向 ( 2 )该导向轮轴断裂属于多源疲劳断裂, 裂纹
轮轴上, 使得导向轮轴上的焊缝热裂纹发生疲劳扩 起源于轮轴外表面与腹板焊接处, 服役过程中因承
展, 直至断裂。 受交变载荷而发生断裂。该轮轴材料力学性能不合
此外, 导向轮轴断口的心部可见局部粗糙断面, 格、 材料显微组织出现异常以及腹板焊接质量差对
该区域呈现脆性断裂特征, 结合导向轮轴材料的金 裂纹扩展起到一定的促进作用。

相检验和冲击试验结果可知, 导向轮轴心部材料显 ( 3 )建议对同类导向轮轴进行排查, 同时加强
微组织呈网状分布, 局部存在魏氏组织, 且 晶粒粗 产品的质量监督。
大; 导向轮轴的边缘显微组织为均匀分布的等轴铁
参考文献:
素体 + 珠光体, 无魏氏组织。通常情况下, 导致材料
出现魏氏组织的原因有两个, 即加热温度过高和冷 [ 1 ] 苏雷什 . 材 料 的 疲 劳 [ M ] . 北 京: 国 防 工 业 出 版 社,
却速率过快, 根据该断裂导向轮轴心部及边缘显微 1993.
组织可以确定, 锻造过程中加热温度过高是导致魏 [ 2 ] 王大伦 . 轴及紧固件的失效分析[ M ] . 北京: 机械工业
氏组织出现的直接原因。魏氏组织脆性大、 韧性低, 出版社, 1988.
[ 3 ] 张栋 . 机械失效的实用分析[ M ] . 北京: 国防工业出版
进一步加速了疲劳裂纹的扩展并使导向轮 轴发生
社, 1997.
断裂。

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