Page 71 - 理化检验-物理分册2022年第九期

DOI : 10.11973 / lh jy -wl202209015

某核电厂海水循环泵齿轮箱连接螺栓断裂原因

廖雪波 ,蒲晶菁 ,张度宝 ,高 超 1

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( 1. 福建宁德核电有限公司,宁德 352000 ; 2. 苏州热工研究院,苏州 215004 )

摘 要: 某核电厂海水循环泵齿轮箱连接螺栓在服役过程中发生断裂。采用宏观观察、 化学成
分分析、 硬度测试、 金相检验、 扫描电镜及能谱分析等方法对该螺栓断裂原因进行了分析。结果表
明: 该螺栓发生了疲劳断裂, 螺栓表面脱碳层中铁素体降低了螺栓的表面硬度和耐磨性; 螺栓在拆
装过程中与螺栓孔边缘摩擦产生了折叠或微裂纹, 这些折叠或微裂纹成为螺栓早期裂纹形成与扩
展的疲劳源。
关键词: 齿轮箱;螺栓;疲劳断裂;脱碳;微裂纹

中图分类号: TG178 文献标志码: B 文章编号: 1001-4012 ( 2022 ) 09-0055-04

Fracturereasonsofconnectin gboltofseawatercirculatin gp um p

g earboxinanuclear p ower p lant
,

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LIAOXuebo , PUJin gj in g ZHANGDubao , GAOChao 1

( 1.Fu j ianNin g deNuclearPowerCo. , Ltd. , Nin g de352000 , China ;

2.SuzhouNuclearPowerResearchInstitute , Suzhou215004 , China )

Abstract : Theconnectin gboltofseawatercirculatin gp um pg earboxinanuclear p ower p lantfractureddurin g
service.Thefracturereasonsoftheboltwereanal y zedb ymacrosco p icobservation , chemicalcom p ositionanal y sis ,

hardnesstest , metallo g ra p hicexamination , scannin g electronmicrosco py andener gy s p ectrumanal y sis.Theresults

showthatthebolthadfati g uefracture , andtheferriteinthedecarburizedla y erontheboltsurfacereducedthe

surfacehardnessandwearresistanceofthebolt.Durin gthedisassembl yandassembl yofthebolt , thefoldin gor

microcrackswereg eneratedb y frictionwiththeed g eofthebolthole , andthesefoldin gormicrocracksbecamethe

fati g uesourceofearl y crackformationandp ro p a g ationofthebolt.

Ke y words : earbox ; bolt ; fati g uefracture ; decarburization ; microcrack
g
海 水 循 环 泵 是 压 水 堆 核 电 站 海 水 循 环 系 统 情况更为复杂, 其服役过程中除受到预紧拉应力外,
( CRF ) 的关键能动设施, 齿轮箱作为其中的重要部 还要承受因设备振动而产生的周期性脉动载荷和冲
件, 其作用为: 将电机通电后产生的高转速、 低扭矩 击载荷 [ 2 ] 。与同材料的其他缺口件相比, 因螺纹的
动能转换为低转速、 高扭矩动能, 并将该动能传递到 存在, 螺栓的疲劳强度明显偏低, 因此高强螺栓在交
海水循环泵叶轮, 使海水流向凝汽器、 闭式冷却水换 变载荷的作用下, 在螺纹处发生疲劳断裂的可能性
热器等设备, 完成对相关设备的充分冷却 [ 1 ] 。连接 较大 [ 3-4 ] 。吴玉枝等 [ 5 ] 发现汽车前桥紧固件 10.9 级
螺栓是保证齿轮箱安全稳定承载和传递运动的关键 高强螺栓因调质处理时气氛碳势过高, 表层形成了
机械零件, 这些螺栓往往为 8.8 或 10.9 级的高强螺 渗碳层, 以及牙底圆弧半径较小导致螺栓承载时产
栓。作为一种典型的多缺口零件, 高强螺栓在服役 生了 应 力 集 中, 并 发 生 疲 劳 断 裂。 GONZÁLEZ
时多承受拉应力, 且应用于振动设备上螺栓的受力 等 [ 6 ] 研究了螺钉的裂纹起源, 发现螺钉多断裂于螺
纹的根部, 螺钉中氢元素降低了其抗疲劳性能, 最终
收稿日期: 2022-04-09 [ 7 ]
导致螺栓因静态过载而断裂。王荣等 研究发现, 螺
作者简介: 廖雪波( 1988- ), 男, 工程师, 主要从事核电站设备防
栓制造过程中产生的锻造折叠, 及经过拉拔而产生的
腐和材料失效分析工作
线状缺陷分布, 容易使螺栓产生应力集中, 在强大的
通信作者: 蒲晶菁, p u j in gj in g @c g n p c.com.cn
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