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风电塔筒地脚螺栓开裂失效剖析

点击数:31 发表时间:2020-11-19 06:15:08 地脚螺栓,高强度螺栓,热镀锌螺栓,栓钉

风电塔筒地脚螺栓开裂失效剖析
     在一风电施工现场,塔筒地脚螺栓在安装拧紧进程中开裂失效。通过对开裂螺栓断口微观描摹、化学成分、力学性能以及金相安排等进行检测和剖析,发现螺栓外表通过镀锌处理,螺栓在镀锌前螺纹外表已存在一些微裂纹,镀锌进程又引起螺栓脆性添加,从而导致其产生早期开裂失效。
1、理化检验
1.1 微观断口调查
图1为选取某公司提供的3支已开裂的螺栓(1#、2#、3#)的全体描摹,其断口描摹如图2所示。开裂位置为螺栓螺纹部分,距螺栓端面300mm。从图2可见,裂纹源位于螺纹丝扣底部,多条裂纹源由四周外表向中心扩展,断口邻近没有缩颈现象。


图1

图2
1.2 化学成分剖析
为检验开裂的高强度螺栓化学成分是否合格,选取1#螺栓,依据GB/T4336-2016《碳素钢和中低合金钢多元素含量的测定火花放电原子发射光谱法》,使用JS-DN328型电脑多元素快速剖析仪进行元素含量剖析,成果如表1所示。所测元素含量契合GB/T3077-2015《合金结构钢》技能要求。


1.3 力学性能测验
选取开裂螺栓,通过车削去除开裂部分螺纹后,依据GB/T228.1-2010《金属资料拉伸实验第1部分:室温实验办法》,使用WEW-1000B微机屏显液压式万能实验机对试样进行拉伸实验,实验成果如表2所示。可见,测验所得试样的屈从强度、抗拉强度显着高于GB/T3098.1-2010规范中对等级为10.9S螺栓的要求。由于试棒开裂处与最接近的标距标记的距离小于原始标距的1/3,未测得断后伸长率。


1.4 硬度测验
硬度实验选用GB/T230.1-2018《金属资料洛氏硬度实验第1部分:实验办法》,使用HR-150A洛氏硬度计对该开裂螺栓的断口邻近螺栓横截面的近外表处与半径1/2处进行硬度检测,实验成果如表3所示。可见,试样的近外表硬度及半径1/2处硬度均高GB/T3098.1-2010规范要求。


1.5 金相检测
取断口裂纹源处纵向试样进行金相检测,成果如图3所示。三件样品的基体安排均为回火索氏体,安排为正常热处理调质安排,非金属夹杂物也属正常情况。


图3
图4为通过金相显微镜调查得到的高强度螺栓镀锌层与基体结合面的图像。通过对图4中镀锌层的丈量,可得样品镀锌层的厚度。1#样品镀锌层厚度为0.08~0.12mm,2#样品镀锌层厚度为0.07~0.11mm,3#样品镀锌层厚度为0.08~0.10mm。通过对图4的进一步调查能够看到,三件样品镀锌前螺纹外表已存在裂纹,镀锌层沿裂纹已进入基体,且镀锌层与基体结合不致密,螺栓受力后裂纹顶级持续向基体内部扩展至必定深度。其间,3#样品镀锌层与基体结合面处微裂纹较多。对图5所示位置进行丈量发现,镀锌前螺纹外表裂纹长度0.15mm,镀锌后裂纹顶级产生的二次微裂纹进入基体深度为0.19mm


图4
2、剖析与评论
失效螺栓的理化检验成果表明,螺栓资料化学成分、基体安排和非金属夹杂物均契合GB/T3098.1-2010等规范的有关技能要求。高强度螺栓的开裂段金属屈从强度和抗拉强度较高,断口邻近硬度高于规范范围,表明螺栓热处理工艺不妥,回火温度偏低,且螺栓44~45HRC的高硬度值加剧了其镀锌以后的脆性倾向


图5
通过断口微观描摹调查发现,断口没有缩颈现象,表明该高强度螺栓属于脆性开裂。

镀锌时产生的氢气会进入金属基体晶格中,形成晶格扭曲,内应力增大,产生脆性。高强度螺栓通过必定时间镀锌后,如果不进行除氢处理,会导致脆性大幅度添加。金相检验发现,该批螺栓在镀锌前螺纹外表已存在很多微裂纹,镀锌后镀锌层能够进入基体,裂纹顶级处氢浓度更高,脆性更大,并导致原有裂纹顶级产生二次微裂纹

3、定论与主张
该镀锌高强度螺栓开裂的首要原因是镀锌前螺纹外表存在微裂纹,镀锌处理引起的螺栓脆性添加导致其早期开裂失效。主张首要改进螺纹外表质量,杜绝螺栓外表有微裂纹存在;其次,在镀锌后进行除氢处理。高强螺栓镀锌进程中,由于开释的氢气可侵入零件外表引起资料的脆性,因此高强度螺栓在镀锌后必须进行除氢热处理,且这个进程要进行充沛,从而避免此种开裂现象的产生。需要留意,除氢处理越早越好,一般应在镀锌后2h以内进炉热处理,选用180~200℃加热,保温4~6h后出炉空冷即可。

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