吕华亭* 薛利杰 任发才 司 俊

（上海市特种设备监督检验技术研究院）

0 前言

在压力传输系统中，由于压缩机工作过程具有往复性，导致系统中产生了机械振动与噪声。系统中管道的原始缺陷或制造缺陷在循环载荷的作用下容易发生疲劳断裂失效，轻则导致传输物质泄漏、污染环境，重则造成系统损坏和人员伤亡。在工业生产中，由于机械振动原因导致结构破裂失效等情况时有发生[1-3]。某化工装置压缩机润滑油管运行1 年后发生断裂，油管材料为ASTM 316L 不锈钢，内部介质为润滑油，为了查明断裂原因，对其进行了失效分析。

1 宏观分析

润滑油管断裂宏观形貌如图1 所示。油管两端具有同样的结构，为带有锥度的连接接管。断裂发生在一侧的的卡箍内，断口处没有宏观的塑性变形。

图1 润滑油管断裂形貌

2 化学成分分析

对断裂润滑油管的材料进行化学成分分析，将分析结果与ASTM 316L 材料的标准要求进行比对，结果可见表1。结果表明：该材料符合ASTM 标准规定的316L 不锈钢成分要求，排除了选错材料造成断裂的可能性。

表1 化学成分分析结果比对（质量分数） %

3 断口分析

润滑油管断口的宏观照片如图2 所示。图2 a）为断口处外表面加工情况，在裂纹起源处为锥度结构，A 侧局部存在较深的加工槽，而沿圆周方向上，其他部位没有这种多余加工的痕迹。图2 b）为断口宏观形貌，A，B 两侧为起裂位置，裂纹向中间扩展，箭头为裂纹扩展方向。

图2 润滑油管断口

对A，B 两侧起裂位置处进行断口扫描电镜分析，结果如图3 和图4 所示。从图3 和图4 中可看出，A，B 两侧断裂面上都存在明显的疲劳裂纹，因此可以判断该油管断裂形式为疲劳断裂。A 侧疲劳裂纹扩展比B 侧更长一些，疲劳裂纹从两侧扩展到中间因材料强度不足而出现瞬时断裂。由于存在两个起裂区，因此可判断该管道存在双向振动现象，断裂过程示意图如图5 所示。

图3 A侧断口扫描电镜图

图4 B侧断口扫描电镜图

图5 断裂过程示意图

4 材料金相组织分析

对断裂处取样进行金相组织分析，金相组织正常，为单相奥氏体组织，如图6 所示。

图6 润滑油管材料金相组织

5 结论

分析结果显示，润滑油管接管断裂原因为疲劳断裂，这是因为接管为锥度结构，在加工过程中存在过度加工的情况，从而导致该处应力集中。同时，由于接管处存在双向振动现象，因此，在振动作用下，裂纹首先在过度加工处产生，随着该处裂纹的萌生，对侧也产生了裂纹，然后裂纹逐渐扩展，最后管道发生瞬时断裂。润滑油管断裂是因管道存在加工缺陷，并在外界振动的作用下而导致疲劳断裂，因此，应提高其加工质量，并在工艺上采取措施，减少流体的诱导振动。