往复压缩机四级活塞杆断裂原因分析

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1、第5期中氮肥No．52010年9月M—SizedNitrogenousFertilizerProgressSep．2010往复压缩机四级活塞杆断裂原因分析朱白钦(河南龙宇煤化工有限公司，河南永城476600)[中图分类号]TH457[文献标识码]B[文章编号]1004—9932(2010)05—0055—02断裂，导致活塞杆背帽脱落并与活塞和气缸盖发1基本情况生撞击，造成活塞被撞击出一个大孔，汽缸盖被我公司二氧化碳压缩机由四川大川压缩机有撞出凹坑，汽缸缸盖漏水。限责任公司设计和制造，为六列对称平衡M型2原因分析(6M40．367／81)往复式压缩机，五级压缩，一列

2、一缸设计，气缸为双作用气缸。其中一级为22．1宏观断1：2形貌分析个相同的气缸，各占一列，二、三、四、五级各活塞杆材料为42CrMoE，背帽为M76x4螺1个缸，各占一列，三、四、五级为无油润滑。母，活塞杆与背帽紧固时采用液压拉伸器，油泵驱动电机采用兰州电机厂生产的三相同步电动机压力为76．4MPa。由图1可见，活塞杆断裂部(TK4000-24／3250型)，电机轴与压缩机曲轴通位在活塞杆与螺母旋合处的最末2～3道螺纹的过无键胀套联轴器直接相连，曲轴转速为250根部，断口平齐，呈现多处平台，无塑性变形痕r／min。压缩机排气压力8．1MPa，排气温度73迹。断口中

3、央的红色区为铜锤打击造成，非原断℃。该机于2007年10月27日投入运行，事故口真实形貌。肉眼观察螺纹部加工质量欠佳。在发生前机组运行正常，介质温度和压力均在设计扫描电子显微镜上低倍观察，发现多处断裂源，范围之内，未发现异常。裂纹源均位于活塞杆表面螺纹根部，并由表面向2008年6月20日6：36，巡检人员发现运活塞杆中心扩展。裂纹扩展区可见明显的海滩状行中的B号压缩机声音异常，急停后检查发花纹。宏观断口分析认为，此断裂属于多元疲劳现，该机四级活塞杆在活塞杆与活塞背帽螺纹处断裂。图1断口形态2．2低倍组织分析法》标准切片进行了热酸浸试验，试验结果表按GB226《钢的

4、低倍组织及缺陷酸蚀检验明，材料边缘斑点状偏析较严重，这无疑也影响材料表层的疲劳抗力。[收稿日期]2010-03．102．3显微断口分析[作者简介]朱白钦(1979一)，男，河南郑州人，工程师。在扫描电子显微镜下进行4个断裂源区·56·中氮肥第5期(A、B、C、D)的微观断口形貌观察，并对可综上所述，从活塞杆受力分析，强度性能指疑微粒进行能谱分析。A断裂区可见明显的轮胎标按技术要求偏低，螺纹部光洁度低，使活塞杆花纹和疲劳辉纹；B区断裂源处发现一夹杂物，的拉压疲劳抗力和螺纹部的接触疲劳抗力降低，经能谱分析为含锌的金属夹杂物，断口具有明显这也是导致其早期疲劳断裂的原因。

5、的疲劳台阶；C区断裂源也处于螺纹根部表面并2．6活塞加工质量分析呈台阶式向中心扩展；D区断裂源同样处于螺纹由于活塞杆的连接螺纹在活塞杆运行时承受根部表面并向心部扩展，断裂区可见明显的轮胎交变应力，这就要求螺纹具有较强的抗疲劳性花纹和疲劳辉纹。显微断口分析再次证明活塞杆能。而螺纹的几何形状、螺纹根部的圆角半径、断裂属于多元疲劳断裂，断裂源位于活塞杆螺纹光杆部分的过渡圆角及加工精度将对螺纹的耐疲根部表面，疲劳裂纹由螺纹根部表面萌生并向活劳性能产生直接的影响，加工质量不好也会引起塞杆中心快速扩展。活塞在交变载荷的作用下产生裂纹，并以疲劳形2．4显微组织分析态向活塞杆中心

6、部分扩展，使其有效截面减小，对活塞杆取样进行金相分析：材料存在较重应力急剧增大，并导致最后断裂。的带状组织，这与低倍组织分析中所观察到的斑2．7装配质量分析点状偏析密切相关；金相组织为回火索氏体+少活塞杆背帽与活塞接触并非完全均匀，装配量铁素体，且呈魏氏体特征。魏氏组织已明显超时预紧力过大，可能导致局部受力超过屈服极过活塞杆锻件技术条件规定的按GB／T13229标限，在交变负荷作用下过早产生裂纹并最终导致准不低于一级和不含一级的要求。正是由于带状断裂。实际预紧时，预紧力未超过厂家要求的预组织和魏氏组织的存在，导致材料力学性能恶紧力值。化，大大弱化了材料抗疲劳能力。

7、3结论2．5力学性能分析从断裂处和距断裂240mm以外分别切取纵(1)通过对活塞杆断口进行宏观和显微分向和横向拉力及冲击试样，按国标GB／T228和析，基本可以肯定活塞杆断裂属于多元疲劳断GB／T229进行拉力及冲击试验。试验结果为：裂。裂纹源位于活塞杆与螺母旋合处最末2～3离断口20mm处试样横向(01号)屈服强度较道螺纹根部，裂纹由表面向活塞杆中心扩展导致纵向(02号)降低75MPa，降低率达11％以活塞杆被破坏。该破坏为初始破坏，中体组件和上；冲击值降低11J，降低率同样达1l％以上。缸盖等断裂为次生破坏。这是由于材料内部有带状组织的存在造成的。材(2)活塞

8、杆材料边缘