王艳芳 杨伟东

摘 要：热电厂某汽轮机热电偶发生断裂，通过断口宏观分析、扫描电镜观察，对断裂原因进行了分析，结果表明：由于热电偶在安装过程中操作不当，螺母错丝扣拧紧过程中使热电偶芯发生弯曲，磨损内壁，磨粒对热电偶冲蚀是发生断裂的主要原因。

关键词：热电偶;冲蚀

某热电厂汽轮机工作温度550℃，工作压力4.5MPa。车间人员发现热该热电偶无数据传输，打开保温棉取出热电偶发现已经断裂，为查明断裂原因，避免类似事故的再发生，作者对发生断裂的热电偶进行了检验和分析。

1理化检验

1.1宏观检查

断口部位热电偶紧固螺母与螺丝错位配合，热电偶保护套管发生弯折，同时热电偶内热电偶芯向一侧弯曲。断裂热电偶发生减薄，且套管内绝缘材料大部分已消失。将热电偶进行清洗，[1]断口整体呈灰色，某些局部呈黑色。

1.2扫描电镜分析

对图1中可能是断裂源区的绝缘管1区、2区进行扫描电镜放大观察，找出断裂源区。

对1区进行扫描电镜观察（见图2），发现2根热电偶芯弯曲与绝缘管接触，接触部位的绝缘管被磨损减薄。在磨损剩余绝缘管断口表面，发现存在一些小孔，其余表面相对平坦。对2区进行扫描电镜观察（见图3），发现绝缘管与保护套管之间间距由于保护套管发生弯折而减小、几乎相接触。绝缘管内壁为圆弧面，圆弧面存在很多方向性小孔，孔洞口方向多朝向内壁，且小孔分布从绝缘管内壁至外壁，其余区域虽存在小孔，但未存在明显方向性。

对2区（断裂源区）紧邻保护套管图1中A区进行扫描电镜观察（见图4），发现保护套管断口表面也存在许多方向性小孔，且该部分保护套管存在分层，下层存在金属光泽并聚集许多白色小颗粒;上层表面颜色为黑灰色，表面颗粒物减少，表面也存在许多小孔且有一定的方向性。对保护套管其它区域放大进行电镜形貌观察，发现套管表面存在大量的小孔，小孔方向性明显，表面相对平坦且仅存在极少量的白色颗粒物。因此A区为保护套管的断裂源区。

2 综合分析

2.1上述实验表面，热电偶断口断裂形貌为典型冲蚀断裂形貌。1区由于热电偶紧固螺母与螺丝错位紧固，使热电偶保护套管及热电偶芯向一侧发生弯折，2根弯折热电偶芯与绝缘管接触使绝缘管磨损。汽轮机运行过程中产生微振动，振动使绝缘管不断被磨损，当磨损至热电偶芯与绝缘管之间不接触时，磨损停止;结合电镜观察到此处还有剩余壁厚，且剩余壁厚断面上还存在冲蚀小孔，因此绝缘管非磨损断裂，判定1区并非最先断裂源区。

2.2观察绝缘管内壁为圆弧面，且存在很多方向性冲蚀小孔，其余区域小孔未存在方向性。因此判断该区域为绝缘管断裂源区。与该区紧邻保护套管断口表面也存在许多方向性冲蚀小孔。且该处保护套管存在剥离分层，下层较上层光亮、白色小颗粒聚集增多，说明此处本为同一断面，由于绝缘管断裂源区受颗粒物冲蚀后穿孔、颗粒物从穿孔处继续不断冲蚀紧邻保护套管，保护套管被不断冲蚀形成断面并持续被冲蚀，在振动的作用下产生新的剥离层面，新剥离层面处于初形成阶段，因此观察到剥离层表面较新鲜呈现明亮的金属光泽，并在此处聚集许多白色颗粒物。对保护套管其它区域进行微观形貌观察，发现套管表面存在大量具有明显方向性的小孔，呈现典型冲蚀形貌，其表面相对平坦并伴有因冲蚀而使断面层层剥离的形貌。综上分析认为：保护套管紧邻绝缘管最初断裂源区部位为的保护套的断裂源区。

2.3由于热电偶紧固螺母与螺丝错位紧固，使热电偶保护套管一侧发生弯折挤压，另一侧则被拉伸。挤压部位在微振动的作用下不断产生磨粒磨损，而拉伸部位由于被拉伸空间相对增大，因此磨粒在拉伸区域内活动相对活跃，在微振动的作用下磨粒不断冲蚀该区域表面，随着时间的积累，最终冲蚀穿孔直至断裂。

3 结论

熱电偶断口断裂形貌为典型冲蚀断裂形貌。由于热电偶紧固螺母与螺丝错位紧固，使热电偶保护套管一侧发生弯折。弯折部位产生磨粒磨损，在微振动的作用下磨粒不断冲蚀绝缘管内壁至外壁，冲蚀穿孔后又冲蚀保护套管，随着时间的积累，冲蚀不断扩展最终冲蚀穿孔直至断裂。

参考文献：

[1]何家胜，崔好选，朱晓明.热电偶套管断裂失效分析研究.《Equipment Manufactring Technology》.No.1，2007.

作者简介：

王艳芳（1981-），女，工程师，主要从事压力容器、管道理化检验及设备失效分析工作。