軋機減速箱軸承的電蝕故障診斷及失效分析

劉洪吉

（青島特殊鋼鐵有限公司裝備部，山東 青島 266400）

某軋鋼廠軋機減速箱檢修投入使用后振動值增大，采用頻譜分析技術對該設備進行監(jiān)測診斷，分析并驗證高速軸驅動端軸承內(nèi)圈故障。軸承使用一周便出現(xiàn)異常磨損，為了查找故障原因，對此展開一系列試驗分析。

1 設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷

2020 年3 月29 日檢修完成一周后，監(jiān)測發(fā)現(xiàn)該設備高速軸驅動端振動值由2.4mm/s 上升至7.2mm/s，加速度包絡總值由1.87gE 上升至22.3gE，頻譜圖中出現(xiàn)軸承（32230）內(nèi)圈故障頻率，且兩側伴有多組邊頻（圖1），分析高速軸驅動端軸承內(nèi)圈故障。4 月11 日，檢修時發(fā)現(xiàn)高速軸驅動端軸承內(nèi)圈滾道處存在密集凹坑和多條溝蝕（圖2）。

圖1 加速度包絡頻譜圖

圖2

為了分析軸承內(nèi)圈磨損原因，對軸承內(nèi)圈進行相關試驗分析，主要包括化學成分分析、硬度測定、SEM 觀察與EDS分析。通過相關試驗，判斷軸承內(nèi)圈磨損是否和自身質(zhì)量及外界因素有關，找出軸承內(nèi)圈短期磨損的原因。

2 試驗分析與結果

2.1 化學成分分析

所用軸承（32230）材料為GCr15 鋼，采用光譜分析儀對試樣進行檢測，成分分析如表1 所示，試樣符合GB/T18254 標準。

表1 GCr15 化學成分

2.2 硬度測定

橫截面取樣，測定其表層與內(nèi)部基體的硬度，見表2。試樣符合GCr15 調(diào)質(zhì)處理后的硬度標準。

表2 軸承內(nèi)圈橫截面硬度

2.3 SEM 觀察與EDS 分析

觀察試樣缺陷部位形貌，表面存在凝固產(chǎn)物和污跡（圖3），其能譜分析結果見圖4，主要成分為C,含有微量的K、Na、Si、P、Mg、Zn、Ca 等成分，推測為污染物和潤滑脂添加劑成分。

圖3

圖4

3 試驗結果與討論

軸承內(nèi)圈的材質(zhì)和硬度都符合GCr15 的要求，此次磨損與軸承本身材質(zhì)無關。軸承內(nèi)圈有兩條平行的磨損痕跡，且磨損嚴重，周圍分布有大量微小的凹坑，磨損處存在潤滑脂污跡，且潤滑脂有變黑、碳化現(xiàn)象，部分區(qū)域潤滑脂有明顯灼燒后凝固痕跡，呈現(xiàn)出電蝕的特征。

當電流通過軸承時，電流會擊穿滾動接觸部分極薄的油膜，產(chǎn)生火花，使接觸表面產(chǎn)生局部熔化損，形成電弧放電麻點，造成軸承溝道和鋼球電蝕，使摩擦系數(shù)增大，加劇機械磨損，致使軸承異常發(fā)熱，嚴重時會發(fā)展成剝落，最終使軸承功能過早失效。電蝕對軸承的破壞程度取決于電流能量的大小和持續(xù)時間的長短，破壞效果基本相似，包括滾動體、內(nèi)外圈滾道上的電蝕凹坑和條狀平行溝蝕。電流通過還會導致軸承內(nèi)的潤滑脂結構發(fā)生變化，局部高溫會導致添加劑和基油發(fā)生反應，使基油燃燒或碳化，潤滑脂變黑變硬。同時，300℃左右的高溫致使?jié)櫥兿。谛D部件作用下從間隙甩出，潤滑脂的迅速失效也是過電流導致軸承失效的一個典型模式。

4 電流查找及預防措施

為了查找通過軸承電流的來源，逐步開展排查工作：經(jīng)過對接地體的接地電阻檢測，接地電阻阻值0.028Ω 符合接地標準要求；電機接地碳刷與轉軸接觸良好，電機碳刷接地電流與正常電機接地碳刷電流一致，可以排除軸電流導致軸承電蝕；現(xiàn)場檢查時，發(fā)現(xiàn)軋機減速箱附近存在電焊作業(yè)情況，搭接地線部位與軋機減速箱直接利用減速箱接地進行搭接，推測電焊機作業(yè)時產(chǎn)生的較大短路電流通過地線傳導至減速箱造成軸承電蝕。

預防措施：設備主管部門出具電焊作業(yè)管理規(guī)定，規(guī)范接地，嚴禁在減速箱上跨接或者搭接接地線，防止電流通過導致軸承電蝕。

5 結語

電焊作業(yè)接地部位與減速箱接地線進行搭接，電流通過軸承導致內(nèi)圈電蝕，是造成軸承異常磨損的主要原因，采取相應的防范措施可以避免同類故障的發(fā)生。