變壓器開關主連桿斷裂原因分析

徐強

浙江省電力鍋爐壓力容器檢驗所有限公司 浙江杭州 310014

某變壓器的開關操作機構在動作84次后，機構主連桿突然發生斷裂，如圖1所示。該連桿的材質為45鋼，直徑20mm，工藝為調質處理。

圖1 某變壓器開關操作機構主連桿斷裂

1 理化檢驗

現對斷裂連桿進行理化檢驗分析原因。

1.1 宏觀檢查

圖2是螺母取出后的斷裂連桿，斷口處的連桿約有20°的彎曲變形。圖3是斷口的形貌，整個斷口為沖擊斷口形貌，在立體顯微鏡下觀測到A處存在寬約0.5mm的疲勞紋，對應B處也存在，而沖擊斷口的起裂處正好為A處疲勞紋的終結處。

圖2 斷裂的連桿（螺母取出后）

圖3 斷口形貌

1.2 化學成分分析

對連桿取樣進行光譜成分分析，結果見表1。對其分析結果判斷，斷裂連桿使用的材質為45鋼，其成分符合GB/T 699—2015《優質碳素結構鋼》中相應的要求，其中wP＜0.025%、wS＜0.020%，屬特級優質鋼。

表1 光譜成分分析（質量分數） （%）

1.3 金相組織

對斷裂的連桿制取金相試樣，經過磨拋侵蝕后在ZeissAxiovert200MAT光學顯微鏡下觀察，金相組織為珠光體及網狀分布的鐵素體，且鐵素體的形態分布存在許多平行的針片，呈現一定程度的魏氏組織[1]，如圖4所示。

圖4 斷裂連桿的金相組織

1.4 斷口分析

圖5 是掃描電鏡下連桿啟裂部位的形貌，斷裂從螺紋根部經過很小的一段疲勞擴展后迅速斷裂，圖6是瞬斷區的形貌，占據了斷口的大部分區域，呈準解理特征[2]。

圖6 瞬斷區的形貌

2 分析與討論

斷裂的連桿直徑約20mm，在斷口部位彎曲了約20°，說明連桿在工作時承受很大的彎曲應力。啟裂區的疲勞紋說明在連桿多次動作后在螺紋根部應力集中處逐步萌生淺表的微裂紋。連桿材質為45鋼，按設計要求經過調質處理應該得到的金相組織為具有良好綜合力學性能的回火索氏體組織。而實際的金相組織為具有一定魏氏體組織的鐵素體+珠光體組織，說明連桿未進行調質處理，不僅造成連桿表面抗疲勞性能下降，而且使連桿的脆性增加，在外力的破壞下斷口呈準解理的脆性特征。

3 結束語

盡管45鋼的淬透性較低，但此次連桿的直徑只有20mm，還是能夠淬透的。此次斷裂的連桿采用了正火處理來代替調質處理，正火時加熱溫度略偏高，金相組織出現了魏氏體組織，有輕微的過熱現象，其力學性能下降，尤以沖擊性能下降為甚，從而造成連桿動作時從疲勞裂紋處發生突然的脆性斷裂。