阀门、螺栓及发电机定子和转子的失效分析

摘要

本文综合应用了失效分析的基础理论、测试技术和分析方法，系统研究和解决了化工、电力行业所发生的阀门内泄漏、定子线圈槽过热、转子防护绝缘漆脱落和盲板固定螺栓断裂四项失效案例。 采用金相显微镜和扫描电镜(SEM)，对在合成氨生产中发生内泄漏的不锈钢球阀、闸阀和旋塞阀进行了宏微观形貌观察和金相组织分析；并采用光电直读光谱仪、能谱仪(EDS)、X射线荧光光谱仪(XRF)、红外碳硫分析仪和N H O分析仪对阀门材质和密封部位表面沉积物进行了系统的表征分析。结果表明球阀和闸阀的失效是由于材质不合格和环境介质的共同作用所产生的电化学腐蚀和结垢引起的；旋塞阀的失效为腐蚀磨损和磨粒磨损的相互作用所致。提出了磷酸铵溶液中不锈钢的腐蚀机理以及碱性介质中旋塞阀磨损的失效机制。 为解决300MW发电机定子线圈槽的异常升温现象，利用SEM、EDS和红外光谱仪(FTIR)对定冷水系统不明异物进行了表征分析；同时采用原子吸收光谱仪(AAS)对定冷水水质进行了测定。结果表明，发电机定子线圈槽的异常升温是由异物堵塞冷却水空芯铜导线而引起的，在磁场作用下腐蚀产物氧化铜和定冷水系统中的其他异物在空芯铜导线内沉积结垢，堵塞了空芯铜导线，从而使定子线圈槽出现异常升温现象。此外，对空芯铜导线的腐蚀机理进行了分析和论述。 为鉴定600MW发电机转子端部护环表面上不明粉末的组成和形成原因，利用SEM、EDS、X射线衍射仪(XRD)、激光拉曼光谱仪(RAMAN)、FTIR和热失重分析仪(TGA)对不明粉末进行了表征和分析。测试结果表明了不明粉末为已粉化的醇酸树脂，主要来自涂覆在发电机转子表面上的防护绝缘漆。 利用金相显微镜、光电直读光谱仪、SEM、EDS和N H O分析仪等方法对煤气加热器固定螺栓断裂的样品进行了金相、化学成分、断口的宏观形态、微观形貌及其微区化学成分等观察和分析。结果表明：螺栓的断裂是由于材质和加工质量不合格、紧固不当以及环境介质的交互作用所产生的电偶腐蚀和缝隙腐蚀以及随后的应力腐蚀开裂而引起的。并且讨论了螺栓在腐蚀环境中发生缝隙腐蚀和硫化物应力腐蚀开裂的机理。 最后，根据上述四项典型案例的失效分析结果，提出了相应的解决对策，从而不仅可以预防同类事故的重复发生，减少不必要的经济损失并避免可能的人员伤亡，而且可以提高设备的整体质量及其结构完整性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪言

1.1失效与失效分析

1.1.1失效

1.1.2失效分析

1.2失效分析的意义

1.3失效分析的历史和研究现状

1.4失效的分类

1.5失效的原因

1.5.1设计的问题

1.5.2材料选择上的缺点

1.5.3加工制造及装配中存在的问题

1.5.4不合理的服役条件

1.6失效分析思路、方法和步骤

1.6.1失效分析思路

1.6.2失效分析的方法和步骤

1.7本文的研究方法和内容

参考文献

第二章阀门的失效分析

2.1前言

2.2失效阀门的概况

2.2.1失效阀门所处工况

2.2.2失效阀门型号

2.2.3宏观形貌

2.2.4金相试样的选取

2.3球阀的失效分析

2.3.1球阀的表征和分析

2.3.2球阀失效原因分析

2.4闸阀的失效分析

2.4.1闸阀的表征和分析

2.4.2闸阀失效原因分析

2.5旋塞阀的失效分析

2.5.1旋塞阀的表征和分析

2.5.2旋塞阀失效原因分析

2.6结论和建议

参考文献

第三章发电机定冷水系统失效分析

3.1前言

3.2取样位置

3.3粉末样品的表征与分析

3.3.1形貌观察

3.3.2成分分析

3.3.3结构分析

3.4不明异物的形成原因

3.5空芯铜导线的腐蚀机理

3.6结论和建议

参考文献

第四章发电机转子护环的失效分析

4.1前言

4.2粉末的表征与分析

4.2.1形貌观察及其组成

4.2.2结构分析

4.2.3热分析

4.3粉末形成原因和解决方法

4.4结论和建议

参考文献

第五章螺栓断裂的失效分析

5.1前言

5.2.断裂螺栓的概况

5.2.1力学性能和加工质量

5.2.2宏观形貌

5.2.3样品选取

5.3断裂螺栓的表征与分析

5.3.1材质化学成分分析

5.3.2金相分析

5.3.3断口形貌及其成分分析

5.4螺栓断裂的原因分析

5.4.1材质和加工质量不合格

5.4.2缝隙腐蚀

5.4.3应力腐蚀开裂

5.5结论和建议

5.5.1结论

5.5.2建议

参考文献

第六章结论

作者在硕士研究生学习期间发表或待发表的论文

致谢