新氢压缩机十字头连接螺栓失效分析.pdf

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1、第4O卷第3期石油化工设备Vo1．40NO．32011年5月PETRO-CHEMICAIEQUIPMENTMay2O11文章编号：1000—7466(2011)03—009903新氢压缩机十字头连接螺栓失效分析曾勇(中国石化物资装备部，北京100728)摘要：从失效螺栓断口宏观特征、化学成分、力学性能、金相组织以及显微硬度检测等方面对其分析，结果是螺栓表面存在的部分脱碳层成为疲劳源，在交变应力作用下最终导致螺栓断裂失效。关键词：压缩机；十字头连接螺栓；断口；疲劳；失效中图分类号：TQ050．7；TE969文献标

2、志码：BTheFailureAnalysisofCrossheadBinderBoltofReciprOcatingHydrogenCompressorZENGYong(ProcurementDivisionofChinaPetrochemicalCorporation，Beijing100728，China)Abstract：Bymeansofmacroscopicalruptureanalysis，materials，mechanicalproperties，chemi—calcomposition，met

3、allographicstructureandmicrohardness，theresultsshowedthatthesurfacedecarburizationwasthereasonoffatiguecrackfountain，crossheadbinderboltfracturedunderthefatiguealternatingstress．Keywords：compressor；crossheadbinderbolt；rupturesurface；fatigue；failure某炼油厂新建加氢裂化

4、装置中的新氢压缩机为选择同批次而没有失效的螺栓与断裂螺栓进行4M80型对称平衡型往复式压缩机，采用四列二级对比分析后得知，此双头螺栓尺寸符合图样设计要压缩，四列气缸水平布置于曲轴两侧，具有动平衡性求。外观检测结果为，螺栓支撑面的装配痕迹对称，好，操作检修方便等优点]。2010—09，在投用2个未发现断件表面有伤痕及其异物。多月后因机组故障停车，检查发现该机组东南位置2检验分析的1个气缸内的十字头连接螺栓(每个十字头只有1个连接螺栓)出现断裂，其余3个气缸内的十字头2．1断口宏观分析连接螺栓完好。按照螺栓失效宏观

5、分析方法，对上、下2个断口十字头是连接往复压缩机中连杆和活塞杆的重面各区域进行了标注，见图1。要部件之一。因此，十字头与活塞杆的连接螺栓是从图1a中可以知道，断口面呈现2个截然不整台机组最易受到交变应力破坏的地方之一⋯】]。同的区域，一个是光滑区，另一个是粗糙区。在光滑区上可以观察到贝壳状的纹迹，显示出螺栓承受交1断裂螺栓简介变载荷时的贝壳状裂纹扩展弧线。从图1b可知，该新氢压缩机十字头连接螺栓形式为双头螺栓，断口面可与图1a完全吻合，断口面各区域分布相材料42CrMoE，规格(公称直径×螺距x长度／mm)同。

6、两张图片显示的断裂情况均带有疲劳失效的典M45×4．5×420，光杆的过渡部位直径36mm，断裂型特征，初步断定螺栓的断裂破坏的主要方式是疲部位发生在螺纹与光杆的过渡部位。劳失效J。收稿日期：2010—04—30作者简介：曾勇(1978一)，男，湖北京山人，工程师，硕士，从事石油化工设备技术管理工作。石油化工设备2011年第4O卷(a)光忏侧(b)螺纹侧图l失效螺栓断裂面情况2．2化学成分分析线荧光光谱仪进行分析，其中碳、硫含量采用QL一为核实螺栓材质，在螺栓本体取样将纵向截面HW2000B型高频红外碳硫分析仪

7、进行，结果见打磨除锈后采用PANalyticalAxios波长色散X射表1。表1螺栓化学成分分析结果(质量分数)上述分析结果表明，螺栓质量分数符合GB／T3077—1999(合金结构钢》中规定的相关元素含量指标。2．3力学性能试验为检验螺栓力学性能指标是否满足设计要求及实际工况需要，进行了拉伸力学性能试验，按GB／T228—2002(金属材料室温拉伸试验方法》要求进行l6]，结果见表2。图2螺栓断口金相组织(500×)表2螺栓力学性能实验结果抗拉强度屈服强度延伸率面缩率冲击功硬度2．5显微硬度检测检测项目足尺／

8、MPaR／MPaA／Z／Ahk／JHB由于螺栓已经过调质处理，所以仅根据金相组织未判定边缘是否仔在脱碳层似乎尚缺证据。为证实边缘足否存在脱碳层，对螺栓断裂面边缘和螺栓断裂面中心部位进行了显微硬度测试，结果见表3。由表2可知，螺栓拉伸性能强度指标符合文献表3硬度试验结果HB[6]相关要求。2．4金相分析对断裂螺栓图1a位置进行金相分析，结果见图2。从图2可知，螺栓基体组织均为细的回火索氏