钢丝绳分析.doc

门座起重机钢丝绳断裂分析作者:来源:广东省特协(特种设备》 2010 年7月第 1期发布时间: 2010 年 10月 20日点击数: 243 一、基本情况某单位的门起重机,要船舱里起吊卷钢板约 3米高度时,主钢丝绳和吊钩钢丝绳都发生断裂。起吊的卷钢板约 吨,当时门机额定档是 25~22。在事故了现场了解到,主钢丝绳断裂处与吊钩上防转球沿绳距离约 56米;吊钩钢丝断裂在绳卡处。主钢丝绳结构为 18×7+FC ,外径 32毫米,钢丝类别光面,公称抗拉强度 1672MPa 。钢丝绳的使用寿命与报废有企业内部标准,该使用单位规定起重机主钢丝绳更换时间为 7~12个月,更换工作量为 25万吨。为防止意外,有定期检查制度。该钢丝绳断裂前起重累计已达 22万吨,属老龄化绳,列为加强监控使用的对象。为分析断裂原因,断裂钢丝绳及新钢丝绳用气割取样,在华南理工大学进行检测、试验和分析。二、检验与结果 -化学检验与分析(1) 化学成分分析分别在断裂的主钢丝绳和吊钩钢丝绳的内股取钢丝样,用 Dv6E 型光电直读光谱仪(发射光谱法)进行成分检验。结果表明,断裂主钢丝绳钢丝化学成分符合 70优质碳素结构钢成分;断裂吊钩钢丝绳钢丝化学成分符合 75优质碳素结构钢成分。(2) 金相组织与硬度金相样品取自断裂钢丝绳外股和内股的钢丝,磨制纵向和横向截面的金相磨面。金相检查结果显示主绳钢丝的金相组织是索氏体+铁素体;显微硬度平均值 460H V100gf 附,硬度比一般 70钢的索氏体硬度高,原因是冷拉形变硬化,金相可见冷拉变形组织;钢材夹杂物 2级,在允许范围内。吊钩钢丝绳钢丝的金相组织是索氏体,显微硬度平均值 443H V100gf ,与 75优质碳素钢相符。 3米远处开始截取三段试样,每段约 米,分别编号为:旧1、旧2和旧 3;从仓库存放新钢丝绳上截取三段各 米长的试样, 分别编号为:新 1、新 2和新 3。六段样品进行整绳拉断和拆股钢丝拉断两项试验。整绳拉断的钢丝绳编号分别为:旧 1、旧 2、新 1和新 2共四段;拆股钢丝拉断的编号分别为:旧3和新 3,分别各取 2股。试验按国家标准 GB/T8358-1996 《钢丝绳破断拉伸试验方法》进行。整绳试样拉断后的外貌(见图 1)。判据按国家标准 GB/T8918-2006 ,旧 2、新l和新 2三段整绳、旧3拆股单根钢丝的抗拉强度都符合 1670 级直径 32毫米钢丝绳的要求。旧1样品的数据无效,因散股影响了数据真实性;新3拆股单根面丝抗拉强度不符合 1670 级要求。图1 整绳试样拉断后的状态新3拆股有 5根面丝的抗拉强度不合格,但有三根接近 1370 ~1620 的上限值(1610 、1620 、1610 三根),只有二根是显著低于 1620 数值,因此可以认为钢丝绳的面丝抗拉强度只是偏低。面丝的抗拉强度偏低,在金相组织上反映有铁素体存在。此外,旧钢丝比新钢丝的抗拉强度高,因使用中有形变硬化。断口:拆股单根钢丝拉伸断口,杯状断口约占 90% ,45% 角度断口约占 10%。整条绳拉伸断口(也就是每根钢丝的断口)除少数几根外,主要是韧性的杯状断口。 2(a) 上,外股损伤基本上是磨损,如箭头 A所指长弧形凹陷,这种凹陷表面光亮,有条纹,是由摩擦引起。主钢丝绳内股外表面的损伤有磨损和断裂,如图 2(b) 和图 2(a) 下,箭头 B所指为内股外表面被外股磨损所致的凹陷:箭头 C所指,长弧形凹陷处断裂,这里内股表面普遍可见的损伤, 很多根钢丝都断成数段。吊钩钢丝绳内股外表面损伤(见图 3)所示,箭头 A指等轴凹陷刻痕,箭头 B指长弧形凹陷,这种凹陷表面条纹,颜色较暗,具有摩擦痕迹特征。断裂落地的一段主钢丝绳,靠近断裂的部位与远离断裂部位外表相比,前者的损伤严重,后者损伤随距离断裂部位越远损伤程度越小。同样,吊钩绳也是靠近断口外伤严重,而远离断口外伤轻些。 26股的断口全部割下,清洗干净后按失效分析程序进行研究。(1) 粗视分析(用目视和普通 3~5倍放大镜) ①主钢丝绳钢丝断口形态有五种类型(如图 4)。(a) 杯状断口,有明显缩颈,它是正应力引起的断裂特征;(b) 一定角度的断口,它是切应力(或扭转)引起的断裂特征; (c) 平直断口,但有轻微缩颈, 它具有一定的脆断倾向性(约占外股钢丝的一半);(d) 劈开+杯状断口(约占外股钢丝 8%),它是纵向疲劳断口;(e) 横向疲劳断口,在内股的疲劳断口占内股总钢丝数量的 80%。而且同一根丝两端都是疲劳断口的也不少。②吊钩钢丝绳钢丝断口形态有三种类型(如图 5) (a) 杯状断口(约占外股钢丝绳数量的