壓縮機潤滑油管斷裂失效原因分析

呂華亭* 薛利杰 任發才 司 俊

（上海市特種設備監督檢驗技術研究院）

0 前言

在壓力傳輸系統中，由于壓縮機工作過程具有往復性，導致系統中產生了機械振動與噪聲。系統中管道的原始缺陷或制造缺陷在循環載荷的作用下容易發生疲勞斷裂失效，輕則導致傳輸物質泄漏、污染環境，重則造成系統損壞和人員傷亡。在工業生產中，由于機械振動原因導致結構破裂失效等情況時有發生[1-3]。某化工裝置壓縮機潤滑油管運行1 年后發生斷裂，油管材料為ASTM 316L 不銹鋼，內部介質為潤滑油，為了查明斷裂原因，對其進行了失效分析。

1 宏觀分析

潤滑油管斷裂宏觀形貌如圖1 所示。油管兩端具有同樣的結構，為帶有錐度的連接接管。斷裂發生在一側的的卡箍內，斷口處沒有宏觀的塑性變形。

圖1 潤滑油管斷裂形貌

2 化學成分分析

對斷裂潤滑油管的材料進行化學成分分析，將分析結果與ASTM 316L 材料的標準要求進行比對，結果可見表1。結果表明：該材料符合ASTM 標準規定的316L 不銹鋼成分要求，排除了選錯材料造成斷裂的可能性。

表1 化學成分分析結果比對（質量分數） %

3 斷口分析

潤滑油管斷口的宏觀照片如圖2 所示。圖2 a）為斷口處外表面加工情況，在裂紋起源處為錐度結構，A 側局部存在較深的加工槽，而沿圓周方向上，其他部位沒有這種多余加工的痕跡。圖2 b）為斷口宏觀形貌，A，B 兩側為起裂位置，裂紋向中間擴展，箭頭為裂紋擴展方向。

圖2 潤滑油管斷口

對A，B 兩側起裂位置處進行斷口掃描電鏡分析，結果如圖3 和圖4 所示。從圖3 和圖4 中可看出，A，B 兩側斷裂面上都存在明顯的疲勞裂紋，因此可以判斷該油管斷裂形式為疲勞斷裂。A 側疲勞裂紋擴展比B 側更長一些，疲勞裂紋從兩側擴展到中間因材料強度不足而出現瞬時斷裂。由于存在兩個起裂區，因此可判斷該管道存在雙向振動現象，斷裂過程示意圖如圖5 所示。

圖3 A側斷口掃描電鏡圖

圖4 B側斷口掃描電鏡圖

圖5 斷裂過程示意圖

4 材料金相組織分析

對斷裂處取樣進行金相組織分析，金相組織正常，為單相奧氏體組織，如圖6 所示。

圖6 潤滑油管材料金相組織

5 結論

分析結果顯示，潤滑油管接管斷裂原因為疲勞斷裂，這是因為接管為錐度結構，在加工過程中存在過度加工的情況，從而導致該處應力集中。同時，由于接管處存在雙向振動現象，因此，在振動作用下，裂紋首先在過度加工處產生，隨著該處裂紋的萌生，對側也產生了裂紋，然后裂紋逐漸擴展，最后管道發生瞬時斷裂。潤滑油管斷裂是因管道存在加工缺陷，并在外界振動的作用下而導致疲勞斷裂，因此，應提高其加工質量，并在工藝上采取措施，減少流體的誘導振動。