電網鐵附件失效原因分析

蔣　菲，李　軍，楊景建，高　健

（國網甘肅省電力公司電力科學研究院，甘肅　蘭州　730050）

電網鐵附件失效原因分析

蔣菲，李軍，楊景建，高健

（國網甘肅省電力公司電力科學研究院，甘肅蘭州730050）

由于近期頻繁發生10kv配電工程拉線抱箍斷裂質量事故，對發生斷裂的抱箍及同批次抱箍進行抽樣檢測，就其結構尺寸、鋼箍材質及機械性能進行試驗，發現材料內部夾雜物密集，破壞了金屬基體的連續性，縮小了真正的承擔載荷的有效面積，同時產生缺口作用，導致應力集中，使材料的塑性及韌性偏低，在受到外加載荷時造成脆斷。

拉線抱箍；失效分析；多源開裂；穿晶開裂；脆性斷裂

1　概述

某地區設備運行人員發現10kv配電工程拉線抱箍頻繁發生斷裂質量事故，在對開裂抱箍進行更換后，對發生斷裂的抱箍及同批次抱箍進行抽樣檢測及斷口分析。發生斷裂抱箍的批次號和規格為271502、-6×60，D190，90°，及271508、-6×60，D210，90°，材質Q235B。

2　檢驗

2.1宏觀檢查

宏觀檢查發現部分抱箍90°折邊部位存在磨具壓痕及鍍鋅層不均勻現象，如圖1所示，折邊處磨具壓痕大多為長條狀，如若出現在折邊安裝耳嵌槽周圍，則為橢圓形。

圖1　宏觀檢查

2.2結構尺寸測量（見表1）

表1　結構尺寸測量

合格標準依據《國家電網公司集中規模招標采購甘肅省電力公司固化技術規范書（鐵附件專用技術規范）》中關于技術標準與要求中4.3.2條，即：必須采用熱彎曲，由于彎曲加工引起的厚度和直徑減少，應符合如下規定：a.板厚或直徑為25mm及以下時，允許減小0.5mm；b.板厚或直徑大于25mm時，允許減小1.0mm。

2.3材質分析

對試樣#9、#10、#11、#18及#21邊進行材質化學成分分析，分析結果見表2。

表2　化學成份分析（質量分數）/%

對抱箍#1、#6、#7、#21及#26邊進行鍍鋅層厚度測量，測量結果見表3。

表3　鍍層測量（厚度）/mm

2.4機械性能試驗

2.4.1常溫拉伸試驗（見表4）

表4　常溫拉伸試驗

2.4.2彎曲試驗（見表5）

表5　彎曲試驗

2.4.3沖擊試驗（見表6）

表6　夏比（V型）常溫沖擊試驗

2.5.4試驗結果（見表7）

表7　試驗結果一覽表

2.5斷口檢驗

失效抱箍斷裂發生前幾乎沒有塑性變形，斷裂時其斷面尺寸、形狀基本不變，斷口宏觀形貌呈亮灰色，斷口平齊且具有強烈的金屬光澤和明顯的結晶顆粒，周邊無明顯的剪切唇。斷口心部呈脆性斷口形貌，從心部有向外放射的山脊狀的花紋，呈脆性斷裂特征［1-3］，在#23與#26失效抱箍斷口還發現有暗紅色的鐵銹存在，如圖2～5所示。

圖2　#11抱箍斷裂面

圖3　#12抱箍斷裂面

圖4　#26抱箍斷裂面

圖5　#23抱箍斷裂面

2.6宏觀金相檢驗

對11#、12#試樣進行宏觀金相檢驗，由圖6、圖7可見，組織為鐵素體+珠光體，鐵素體晶粒等級評定為9級［4］。其中主裂紋是斷裂面萌生的分支裂紋，裂紋發展過程為穿晶開裂［5］，而且窄裂口都是沿鐵素體開裂。樣品主裂紋尖端附近存在與其平行獨立的兩條小裂紋，裂紋附近區域可見密集分布的點狀夾雜物，經反復拋磨后，兩條小裂紋其中一條消失，另一條減小，說明這兩條小裂紋為抱箍外側的表面裂紋，深度較淺，由此判斷此抱箍斷裂面為多源開裂。裂紋的產生與材料內部的夾雜物密集分布有關。夾雜物的存在，一方面，破壞了金屬基體的連續性，縮小了真正的承擔載荷的有效面積；另一方面，產生缺口作用，導致應力集中，在它的周圍形成復雜的應力狀態，使金屬處于脆性狀態。在組織內部受應力作用下，夾渣處會出現裂紋并延展，導致強度下降、開裂，以夾渣處形成的裂紋為裂源開裂，由于這些地方硬度高，塑性差，產生穿晶開裂。

圖6　斷裂面宏觀組織（25×）

圖7　裂紋尖端宏觀組織（100×）

3　試驗結果

3.1結構尺寸

抱箍的尺寸、外形、重量及允許偏差均符合GB/ T2314-2008標準要求。鍍層測量符合DLT768.7-2012。

3.2鋼箍材質

材質分析結果符合GB/T700-2006標準要求。從化學成份分析結果看，樣品所含元素及含量與標稱牌號 Q235相符，C、Mn、Si等主要元素含量均符合GB/T700—2006《碳素結構鋼》標準要求。

3.3機械性能指標

1）#5、#6及#19試樣進行常溫拉伸試驗，#5、#6樣品斷后伸長率不合格，不符合GB/T700—2006《碳素結構鋼》標準要求。

2）#2、#3、#4、#17、#18及#21試樣進行彎曲試驗，僅#3試樣合格，其余試樣均不符合GB/T700—2006《碳素結構鋼》標準要求。

3）#9、#10、#15、#23及 #27試樣進行夏比（V型）常溫沖擊試驗，#15、#23及#27試樣不符合GB/ T700—2006《碳素結構鋼》標準要求［6］。

4　結論

上述試驗結果表明，抱箍的化學成分及鍍層測量均符合標準，兩件拉伸試樣不合格，五件彎曲試樣不合格，三件沖擊試驗不合格，抱箍韌性不符合標準要求。

綜合分析認為：由于材料內部夾雜物密集，破壞了金屬基體的連續性，縮小了真正的承擔載荷的有效面積，同時產生缺口作用，導致應力集中，在它的周圍形成復雜的應力狀態，使金屬處于脆性狀態，致使材料的塑性及韌性偏低，在受到外加載荷時造成脆斷。

［1］ 孫維連，陳再良，王成彪.機械產品失效分析思路及失效案例分析［J］.材料熱處理學報，2004，25（1）：69-73.

［2］ 陳方玉.82B線材脆性斷裂原因分析［J］.武鋼技術，2005，43（6）：9-11.

［3］ 楊莉.鋼結構的脆性斷裂成因與防治［J］.機電機械，2015（44）：245.

［4］ GB/T6394-2002，金屬平均晶粒度測定法［S］.

［5］ 雍太平.45鋼拉伸實驗樣棒開裂原因分析［J］.南鋼科技與管理，2015，（3）：11-15

［6］ GB/T700—2006，碳素結構鋼［S］.

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