中空轴断裂的原因分析与焊接处理

第一篇：中空轴断裂的原因分析与焊接处理

中空轴断裂的原因分析与焊接处理

1、引言

中空轴是磨机非常关键的部件，它承受着整个磨体及研磨体的运转载荷，在交变应力作用下连续运行，是磨机机体最薄弱的环节，也是最难控制制造质量的机件。同时还是容易发生问题的磨体部件，特别是进、出料端的中空轴发生故障的相当多，磨机中空轴断裂是非常严重的设备故障。必须停机检修，以免造成“落磨”的重大设备事故。处理磨机中空轴断裂的技术难度比较大，检修周期长，劳动强度大，费工费时。处理不好还影响磨机的安全运行，容易继续引发各类设备故障，严重影响生产。我公司磨机进、出料端中空轴的断裂，经过严格细致的处理后，磨机一直安全稳定运行，没有发生任何不正常的问题，说明我们的处理是成功的。现就结合我公司的处理情况，对磨机进、出料端中空轴断裂的原因与处理作一分析总结、与各位同仁一起探讨。

2、磨机进、出料端中空轴断裂的基本情况

我公司由φ3×11m水泥磨自2000年7月投入运行以来，设备运行状况一直较好，该磨机的技术参数见表l；2005年5月31日白班停机检修时，发现右边磨尾中空轴靠内圈螺栓处大R角处环向有裂纹，刮开油污后发现裂纹长度为1250mm；吊开磨机后瓦盖后，又发现左边靠内圈螺栓处大R角处环向也有裂纹，刮开油污后发现长度为1060mm。左边裂纹在中空轴内圈法兰螺栓处，长度经过内圈法兰螺栓4个。右边裂纹在中空轴内圈法兰螺栓处，长度经过内圈法兰螺栓5个半。两个裂纹间距为内圈法兰螺栓3个半。两个裂纹为八字型，在中空轴内圈法兰螺栓和大R角外端处。

2005年6月2日白班11：00对磨头中空轴检查发现右边靠内圈螺栓处大R角处环向有裂纹，清除油污后发现裂纹长度为770mm，此裂纹在大R角中下部环向而且没有裂到螺栓孔处，这样就造成延伸的可能，所以在裂纹前面钻φ10mm的止孔前、后各一个。防止再次延伸。又继续清除油污发现左边靠内圈螺栓处大R角处环向也发现裂纹，长度为260mm左右。由于当时在处理磨尾的裂纹，磨机支顶起，不好转磨，下一半中空轴翻磨后才可以检查是否裂纹。此裂纹在大R角中下部环向而且没有裂到螺栓孔处，这样我们继续钻孔，防止在次延伸。右边裂纹长度经过内圈法兰螺栓4个半。左边裂纹长度经过内圈法兰螺栓2个半；两个裂纹间距为内圈法兰螺栓3个半。

图l φ3×11m水泥磨中空轴断裂裂纹示意图

磨机进、出料端的中空轴断裂裂纹两端基本上相似。裂纹发生在中空轴的外侧，基本上是呈周向的不规则走向，一部分裂纹是在轴根圆角的边沿上，由中空轴上外圈的磨机前端盖护板螺栓孔沿径向两侧延伸发展而形成的，穿过几个螺栓孔。一侧止于中空轴上内圈的磨机前端盖护板螺栓孔，一侧止于中空轴法兰与磨机前端盖联接螺栓的螺栓孔，裂纹长度不同，经过探测裂纹己经裂通，(中空轴的厚度为90 mm)，φ3×11m水泥磨中空轴断裂裂纹的示意图如图1所示。

表1φ3×11m水泥磨的规格和性能

（1）、系统类型：圈流。传动方式：中心传动。磨体重量：92t。研磨体装载量100t。转速：17.5r／min。台时产量：47t。有效内径：2926mm。入磨粒度：10-15mm。细度：5-8%。

（2）、减速器：JS110-A。速比：740/17.5r/min。

（3）、电动机：YR1250-8/1430，功率1430Kw，转速740r／min，电压10000V。

3、磨机进、出料端中空轴断裂原因分析

3.1中空轴是整个磨机的关键部件，其制造质量有很高的要求。由于其结构形状比较特殊，还存在R区，中空轴在精加工后很难保证没有各种铸造缺陷——缩孔、夹渣、偏析和裂痕等。铸造缺陷是磨机中空轴断裂的一个重要原因。

3.2磨机中空轴一般都是比较大的铸钢件，有的中空轴重量达4-11吨，铸件内往往会存在应力集中，加工中空轴的毛胚应该经过时效处理，但是，有些制造厂家为减少流动资金的占用量，受当时经济利益的驱动。不顾中空轴的产品质量，中空轴的毛胚不经过时效处理就进行加工，导致中空轴内部残存有应力集中。中空轴在交变应力作用下的运行中应力集中过大，也是产生裂纹的一个原因。

3.3有些制造厂家受铸造条件和技术的制约，中空轴的毛胚不能整体铸造，而是分段铸造。然后再焊接为整体，中空轴的焊接质量要求非常严格，焊缝内部质量不得低于JBll52—81《锅炉与钢制压力容器对接焊缝超声探伤》标准的II级的规定。同时还要符合Q／JCJ05—82《钢制建材机械焊接技术规程》中对重要零件的要求。焊接4-7吨重的大、厚刚性构件，如若保证不了焊接质量和焊后热处理的质量，很容易产生淬硬组织、应力集中和微裂纹。焊接质量和热处理质量不高也是磨机中空轴产生裂纹的一个原因。

3.4在更换磨机端盖护板时，机修工为了贪图省事和节省时间，经常用气割先割去护板螺栓的头部，继而再用大锤敲掉螺杆，造成中空轴局部受热温度较高，并且中空轴局部表面被砸成凹坑，进而引起中空轴内部的应力集中过大，导致中空轴断裂。

3.5磨机进、出料端中空轴内一般都配置有进、出料螺旋筒，中空轴与进、出料螺旋筒是靠外面端面的联接螺栓联接，该联接螺栓非常容易发生断裂。许多水泥厂解决的方法是：在进、出料螺旋筒内用三个螺拴顶着中空轴，把中空轴与进、出料螺旋筒联接为一体。入磨物料由下料口进入进、出料螺旋筒和被随着磨机一起转动的进料螺旋筒带入磨内的过程中，受入磨物料粒度、物料量和物料被进、出料螺旋筒带起高度的不均匀影响，会产生强烈的震动。这种强烈的震动也将会引起中空轴应力集中过大，导致磨机进料端中空轴断裂。

3.6磨机的研磨体装载量，各车间磨机研磨体最大装载量，必须按使用说明书要求控制在以下范围内：1#生料磨68t。2#生料磨85t。l#水泥磨140t。2#水泥磨lOOt。3#水泥磨174t。3#煤磨22t；各车间磨机研磨体的最大装载量，不能超过以上所限定装载量，以免过载造成设备损坏。各车间设备主管控制好记录，生产办进行验证。

3.7磨机磨机停机8小时以上者，必须顶磨。各车间磨机短、长期停磨，在磨机主体和主轴承尚未降至环境温度之前，不准停止润滑和水冷却系统。停磨后，按下面间隔通过慢速转动磨体，1Omin，lOmin，lOmin，lOmin，10min，15min，15min，15min，15min，20min，20min，20min，30min，30min，30min............每次回转时，磨机回转180℃，直到有关事宜处理完毕。

4、磨机中空轴的焊接

∮3×11m水泥磨中空轴断裂时，正值我公司水泥销售旺季、水泥生产压力较大的时期。更换中空轴的周期太长，又没有备用的更换，中空轴的材质为ZG230--450(含碳量O．20％)铸钢，具有良好的焊接性，所以，我们决定采取焊接方法进行处理，并且采取不拆除中空轴的固定焊接法焊接。中空轴是特大型厚壁结构件，刚性很大．焊接质量要求又非常严格，为保证焊接质量，最大限度地防止中空轴焊接后出现变形、开裂等焊接缺陷，根据我公司现有的设施条件，采取了如下措施： 4.1确定焊接工艺

对于检修单位来说，焊接方法一般都采用手工电弧焊、由于裂纹较长。在焊接前必须顶磨，完成一段后翻磨一次，并对焊接面用小锤打击消出应力。为了防止中空轴焊接后出现变形，焊接采取分段焊接法，每次焊接长度不超过500mm，先焊中间裂纹，后焊两边裂纹。焊接中空轴如此大、厚(焊接位置的厚度为lOOmm)的钢性较大的结构件，在焊接过程中，焊接热影响区容易产生低性淬硬组织。当焊接材料或焊接工艺选择不当时，容易产生冷裂纹，特别是与母材金属熔合比例较高的第一层焊缝，更容易产生冷裂纹。根据制造规范，焊接ZG230--450(含碳量0．20％)铸钢中空轴时．宜选用碱性低氢焊接材料。考虑焊缝金属与母材的强度、韧性、抗裂性能等因素以及裂缝的产生机理，为了控制开裂倾向，我们决定采用506-507焊条、(奥302不锈钢焊条)。因为此焊条焊缝强度中等．具有良好的抗裂能力，且熔敷金属的塑性和韧性较好，适合于焊接铸钢件。焊接前．用烘干箱对焊条预先烘干2h，烘干温度150℃。然后，放在保温箱中保温．随用随取，每次取出量最多不能超过10根。正刨逆焊，层与层之间必须搭接压缝，每层焊接方向正反向交替进行，选择直流反极性及小范围参数．焊接电流尽量采取许用电流的下限参数(∮3．2mm焊条的许用电流为90-130A，∮4．0mm焊条的许用电流为100-160A)。由于是多层焊接，第一层焊缝易出现裂纹，选用小电流低焊速焊接。(1)开坡口

为了减少金属的填充量，选用较小的坡口角度，采用单面“U”型坡口的型式。为了防止中空轴的强度削减严重，开坡口采取分段坡切法，先坡中间，后坡两边。开坡口采用碳弧气刨，使用∮8mm的圆型截面碳棒：因其火花集中，气刨速度快，电焊机采用硅整流直流电焊机(GS一500SS)，接法为反接．焊接电流为240-400A．压缩空气压力为0．6-0．7MPa．沿裂纹进行气刨、成形后的坡口必须消除裂缝及周边的全部裂纹，气刨后用钢丝刷清理焊渣．最后用∮150角磨机对坡口两侧内壁打磨修整．以除去渗碳层和清理坡口．达到施焊条件。(2)焊接前的准备

焊接准备开始前，拆除护板，里、外全部焊接。并在磨头筒体处用300t千斤顶稍稍顶起，磨机略作支承，以尽量降低中空轴的承载负荷．尽可能减少中空轴的变形量；然后，卸除磨机前端盖护板和螺栓等零件，以利于气刨、焊接；再把中空轴裂纹处转至最上方位置；最后将中空轴轴承上盖拆除．用石棉绳塞实轴瓦间隙．防止进入杂物．并用石棉绳盖严中空轴与轴瓦接触部位，再用输送带盖住中空轴和轴承下座，防止杂物摁伤中空轴或进入轴承室，以便于焊接操作，确保焊接质量。

中空轴转至合适位置后即可进行焊接准备。由于焊接是在现场进行操作，考虑到焊接过程中，磨机系统的其它部位和设备往往也都同时进行检修，中空轴焊接的环境脏、粉尘多，所以要求在焊接时，必须搭设挡风篷，以免灰尘进入焊缝区。

挡风篷搭设完后．清理全部施焊区及周边的油污和灰尘．首先用氧乙炔焰烘烤，去除焊道及周边的油污，再用钢丝刷清理，最后用毛刷清理干净为止。(3)焊前预热及焊后热处理

由于中空轴材质为ZG230--450H(含碳量0．20％)铸钢，在热影响区易产生低塑性淬硬组织，又是特大型厚壁结构件，刚性很大，焊接过程中易导致冷裂纹的产生。为防止焊接过程中焊缝开裂，在施焊前必须预热，而且严格控制焊接温度。我们采用乙炔加热预热，加热范围距裂纹约150-200mm，控制温度在200℃左右。

中空轴在运转过程中承受动载荷作用，为调整中空轴的硬度，细化晶粒，消除焊接残余应力，改善性能，特别是改善焊缝及热影响区的各种机械性能，焊后还必须进行热处理。由于工件大，现场无条件进行整体回火消除应力，只能采用局部低温退火消除应力，我们仍采用乙炔加热，外面覆盖两层岩棉被保温，打开保温材料对焊接区修磨。4.2焊接的实施

焊接的实施是提高焊接质量的关键，在焊接过程必须严格按照制定的焊接工艺执行。焊接跟随坡口走，采取分段焊接法，先焊中间，后焊两边。焊接过程中，要用钢丝刷和角向磨光机清理飞溅物和药皮等杂物，除最后一层外，其余每层均采用锤击焊缝金属的方法消除焊件的残余应力，并用角向砂轮机和扩大镜，由专职人员反复检查焊缝是否有裂纹。如有裂纹必须重新焊接，直到没有裂纹为止，以保证焊接质量。前段裂纹焊接完毕后，再进行另一段裂纹的开坡口、施焊等处理，直至把全部裂纹处理完毕。从处理第二段裂纹起，在开坡口时．要将与该裂纹段连接的前期处理过的焊缝端部重新刨开长度约5mm左右的坡口、以利于焊缝段连接焊肉熔合好，避免有气孔、夹渣和断续焊等各种焊接缺陷，待裂纹全部焊接完毕后。(1)打底焊

每一个裂纹段的第一层焊缝焊接，选用∮3.2mm的焊条，电流调整为100-120A．尽量采用小电流、慢速度、短电弧且电弧不间断焊接，以窄焊道，多道焊方法连续完成焊接。焊条不能摆动，减少熔合比，减少裂纹倾向，收弧时要注意填满弧坑。打底焊是整个焊接的基础，一定要保证焊接质量，打底焊要求焊两遍。(2)填平焊

打底焊后，应该进行填平焊接，填平焊，选用∮4.Omm的焊条，电流调整为120-140A，采取短电弧在坡口横截面上横焊：在焊接过程中，焊条摆动到两端，并稍作停留，以保证焊肉与母材熔合好。当坡口焊平后，必须确定质量。在保证没有焊接缺陷的情况下，再焊一层盖面焊层。(3)盖面焊

盖面焊，采取高电压、小电流的慢速度施焊。严格保证焊趾外平缓圆滑过渡，焊缝饱满、均匀、整齐，焊缝表面光滑平整，不能有“咬肉”现象。

5、处理后的试运行方案

中空轴焊接后能否保证长期正常运转，是检验焊接工作成功与否的关键。为使中空轴因焊接而产生的残余应力能缓慢均匀消除，以确保水泥磨安全正常运行，我们研究制定了试运行方案。

空负荷运行24h。先用辅助传动运行2h，停机检查无问题后，再用主传动运转22h。然后，停机进行全面检查，采用着色方法检查中空轴是否有裂纹。空负荷运行无问题后．装球71t半负荷运行48h。

2／3负荷运72h。半负荷运行无问题后，装球96t运行72h。停机后，对 磨机的前、后中空轴进行一次全面检查，同时还要检查各瓦口的间隙、磨机轴向窜动等情况，然后，综合以上试试运行的电流、跳动、窜动、温度等情况，确定连续运行方案。

连续运行。在完成上述试运行，并确定无问题后，进入连续运行阶段，在连续运行期间，要对中空轴每半小时检查一次并做好纪录，主要包括中空轴的油温、油压、瓦温、油膜、震动和声音等，发现异常必须及时采取果断措施进行处理。6结束语

磨机中空轴处理后，运行状况一直很好，表明我们对中空轴断裂的处理方法是可行的。

第二篇：管桩断裂原因分析及处理方法

高强预应力空心管桩断裂原因分析及处理方法

辽宁省营口市紧邻渤海，属辽河冲积平原，地下水位较浅，挖深0.9m即遇到丰富地下富存水。地表以下12m深度范围内的土质均是粉质粘土（淤泥），土体渗透系数低，土方开挖前需提前两周采取轻型井点降水才能使拟开挖基坑具备开挖条件。若场地条件具备，土方开挖一般均按1:1.5进行自然放坡。超过5层的建筑物，其基础形式基本上都是采用高强混凝土预应力空心管桩(PHC)，有效桩长一般则在12～18m之间（太和小区、欢心小区），局部地区有效桩长能达到30m（营东大厦）。

高强混凝土预应力空心管桩(PHC)静压施工完成后，须进行低应变动测检验其桩身完整性；检测合格时，始准施工进行下一道工序。通常情况下，在低应变动测检验时其桩身接桩部位能测出存在质量缺陷，这一表象无妨。用肉眼尚不能识别的微裂缝在低应变动测时亦能测出缺陷存在，但裂缝宽度小于0.2mm的裂缝不会影响到桩体质量及结构安全。这种裂缝一般都分布在桩长中间1/3区段；这是由于桩节过长，若吊点选择不当或运输过程中受到较大震动而因自身重量过大导致的。现就我单位在施的部分工程管桩经低应变动测时检查出的质量问题及处理思路作以简要总结：

一、管桩断裂的原因分析及预防措施

1、预制管桩断裂的原因分析(1)、堆放方式不合理导致断桩

在预制厂，从蒸养室出来的管桩需在堆放区实施分类堆放，若堆放支承点选择的不合理就极易导致管桩的桩身出现微裂缝。(2)、出厂强度不足造成的断裂

高强预应力混凝土空心管桩(PHC)的混凝土设计强度为C80，管桩混凝土养护一般均采取蒸养方式进行。有时候，管桩出厂时的混凝土强度会与设计强度存在些许偏差，在场内堆放、出厂运输过程中可能会因存在的震动而导致管桩桩身出现微裂缝。(3)、吊装过程中发生断裂

管桩在装卸车时需采取“二点吊法”，要求吊点距离桩端0.207L位置且吊绳与桩体的夹角不得小于45度。为节省运输成本，虽然装卸车时采取的也是二点吊法，但吊点是选在了桩端；当单根管桩较长时，受自重较大的影响就有可能在管桩桩身的中部产生微裂缝。

(4)、施工方法选择不当造成断裂 当地基表面较薄的硬土层(山皮石)下有较厚的软土层时，若打桩时不采取相应技术措施，桩基支脚直接站压在桩顶或桩顶土层上，形成对地表土层的挤压作用，会硬将管桩推挤倾斜。

(5)、基坑土方开挖方法不当导致的断裂

因基坑土方的开挖方法不当而引起土体位移，造成预制管桩倾斜断裂的现象比较普遍，原因也较复杂：①土质软，土体中富含地下水，抗剪强度低；②一次性挖土深度过大，放坡不够，引起土体滑动等；③自卸汽车等重型运输机械在基坑边坡的行走对边坡软土带来破坏荷载而导致边坡土体失稳，从而对管桩产生较大水平推力而致管桩断裂。(6)、接桩不良产生的断裂

预应力管桩接桩采用的是焊接，由于焊接时操作方法不当，使得焊缝不饱满，不连续、不均匀。特别值得注意的是，由于本工程地下水位较浅，若冷却时间不够，焊接后就开始沉桩，则相当于对接桩位置的焊缝淬火，就会极易发生焊口裂缝。

2、预制管桩断桩预防措施(1)、出厂前的质量控制

检查管桩的出厂检测报告，检查管桩在厂家的堆放、吊装等方式是否符合规范要求，必要时在预制厂进行抽样强度检测，确保不合格管桩不会进入施工现场。(2)、管桩的吊装质量控制

监控管桩的吊装、码放、运输等程序符合规范要求，避免在这些环节出现管理真空。(3)、合理选择基坑开挖方法

①、深基坑一定要分层开挖，每层挖土的厚度不应超过1.5米，层与层之间留出一定宽

度的工作面；并根据土质情况合理放坡，严禁临时边坡的土体滑动。

②、深基坑在接近坑底时采取接力的方式开挖，前边(接近坑底层土)用小挖掘机，后

边用大挖掘机，这样可减小挖土机械对桩顶土层的挤压作用。

③、运输车应尽量避开开挖的临时边坡。实在无法避开时，挖掘机和运输车辆距桩位较

近时应加垫路基板。

④、基坑采取的是无支护放坡，基坑边上不应有重车行走或堆载过大。(4)、接桩的质量控制

确保接桩焊缝焊接人员的素质及人员稳定，做好焊缝的探伤检验，严格把控接桩焊缝的焊接质量。焊缝足够冷却后再继续压桩，以免焊缝与温度较低的土体、地下水等接触后淬火而导致焊缝开裂。(5)、合理选择基坑支护措施

基坑支护方法的选择应注意基坑外地下水位及是否存在给排水管道，往往由于管道年久失修渗漏，基坑外土体富含地下水或因基坑边渗流水而引起基坑坍塌等。

二、预制管桩断裂处理的思路

1、对桩的断裂状态进行分析及基本处理思路

经低应变检测手段检测、判断，断桩会有如下几种状态：

(1)、接桩不良而引起管桩在沉桩过程中发生断裂。一般桩不发生倾斜或虽有倾斜但在

低应变检测时，断桩位置在接桩位置。此种情况的断桩需采取接桩处理。(2)、桩倾斜断裂的位置较浅，有的深度只有3m左右。此类桩可采取桩周围土方的大开

挖或采用护筒支护的方法进行开挖，然后实施接桩处理。

(3)、倾斜断裂桩纠偏扶正过程中，因桩倾斜量过大等原因会在纠偏扶正后发生断裂处

错位现象。此种断桩可采用补桩或其它方法处理。

(4)、管桩一般倾斜断桩处存在的裂缝可能不是一道裂缝，在主裂缝的上下位置会伴随

有其它裂缝；因此，接桩时采用桩顶接桩的常识深度1.5m不可取，应经计算确定。(5)、对本单位工程的基础承载力重新验算，看个别断桩对结构安全的影响有多大，验

算一下断桩不经处理可否保证结构安全等。

2、断桩处理方法

预应力管桩的断桩可分为折裂断桩和错位断桩,通过处理可重新利用的大多为折裂桩断柱；错位断桩基本上就没办法处理，一般都是采取补桩措施进行处理或经结构验算 可不处理等。

折裂断桩中对经检查确认是倾斜的，要先进行纠偏扶正；经纠偏扶正的断桩若在断裂处未发生中错位现象则可采取接桩处理，少数桩因荷载值较大或严重断裂等原因则不能采用接桩法进行处理。不能采用接桩处理的管桩，只能采用将桩体断裂位置以上的部分敲除，然后用框架柱代替原来的管桩。一般采取的接桩方法如下：

①、将纠偏扶正的管桩中间空心部分清理干净，把绑扎好使其造成芯桩，并且焊有托板的钢筋笼放入管桩空心内，浇筑砼，养护28天后做载荷试验，如符合承载要求，则可进行下一步施工。

②、浅层断桩可采用补桩。对已发现的浅层断桩采用人工开挖，挖至桩体断桩位置，剔掉断裂桩体上部的部分，再进行原位框架柱补桩。③、浅层桩接头位置焊接由于倾斜出现掉焊的，通过人工开挖至管桩接头处，认真清理管桩接头位置，清理完毕将管桩扶正后，由电焊工按照管桩施工规范要求重新认真焊接牢固。

三、施工注意事项

1、倾斜桩纠偏扶正后应认真检查管桩在断裂处是否发生错位，核查可采用光照检查、钢筋探查、线锤检查等方法实施。

2、管桩接桩时，在下钢筋笼前，应认真清洗管桩内壁，去掉粘在管桩内壁上的泥土等 杂物；并将接桩深度范围内的泥水排除干净。管桩内壁清洗可采用高压水枪实施冲 洗。

3、芯桩在断裂缝处上下各1.5～2m范围内的箍筋予以加密，在断裂缝1.5m以上的芯桩 纵筋可适当减少。

4、在芯桩灌注砼前，纠偏扶正的钢丝绳拉力不应放松，芯桩灌筑砼24小时后，再放松 张拉设备，放松时注意观察桩是否反弹，若有反弹应适当延长放松时间。实际操作 时灌筑砼前是否可放松，或灌筑砼后何时放松可根据现场试验确定。

5、经纠偏扶正或接桩处理后的桩应做静载荷试验，确认无疑后方可进行下步工作。

第三篇：钢轨断裂原因分析及防治措施

钢轨断裂原因分析及防治措施

摘 要：通过对钢轨断裂原因及其规律进行分析，提 出针对性的预防措施，并对发生钢轨断裂后的紧急处理措施进行探讨。

发生断轨后的紧急处理方法。1 钢轨断裂原因分析

1．1 钢轨材质方面存在先天不足

钢轨先天性的质量缺陷，是导致钢轨断裂的主要原因。2002年 1月，长图线 DK152+573处和长图线DK317+450处发生两次线路右侧长轨折断，引起两起断轨事故的主要原因是钢轨内部存在暗核。由于两处暗核的径长分别为2．

5、1．8mm，且均存在于钢轨的底部，又是 目前钢轨探伤设备很难探测到的核伤粒径(既有探伤设备所能探测到的最小核伤粒径为3mm)，再加上管内持续低温且温差大，钢轨内应力增大，导致断轨事故发生。钢轨材质上的某些缺陷，如暗核、细小裂纹、空隙或杂质等，经过车轮重复荷载作用，逐步发展成一个疲劳源，并不断向轨头内部扩展，使钢轨的有效截面很快削弱，以至最后发生断轨。

1．2 现场轨缝的焊接强度低

我国无缝线路钢轨现场施工焊接一般采用小型移动气压焊和铝热焊。铝热焊焊接方法因其具有设备简单、焊接作业效率高、操作简便等特点，被广泛应用。但 由于各工序间相互影响程度密切，特别是在低温环境下焊接钢轨时，使得焊接接头的质量难以控制。钢轨焊接接头的质量优劣，直接影响着无缝线路的安全。

据统计，由于钢轨焊缝断裂而造成断轨事故的，占断轨总数的80％以上。

大部分有缺陷的钢轨焊缝其强度不能承受降温所产生的温度拉力，在冬季钢轨内部强大的温度拉力作用下焊缝被拉开。特别是铝热焊缝，质量受操作工艺优劣影响较大，难免发生断轨事故。

1．3 养护维修上的原因

2002年3月，长图线威虎岭站 1号道岔辙叉后右直股钢轨折断。所断钢轨为鞍钢 1988年产，于 1996年道岔大修时铺设，属 自制轨，轨孔加工时存在误差。由于线路养护维修质量低，有空吊板，导致岔后钢轨集中受力，发生断裂。2002年 l1月，长图线 DK187+ 646处，右股钢轨发生断裂。该股钢轨 10月份曾使用K286焊条进行焊补。此次造成钢轨折断的直接原因就是焊补作业不按照规定进行预热，致使钢轨内部结构发生变化，发生钢轨断裂。由上述断轨事故可以看出，日常的养护维修非常重要。线路养护不良，如轨面不平顺、道床和路基出现病害、连结零件不密贴等，都会严重地影响钢轨的使用寿命。再者作业时不按规定的尺寸、步骤进行，违章作业，也会引起不良后果。因此，提高工作质量，精心养护好线路，这是防止断轨的重要环节。钢轨断裂发生的特征及规律

2．1 常发生断轨的地段

线路不平顺处，断轨发生的频率大。

断轨地段的分布特点：曲线地段比直线地段断轨 次数多；坡

道上比平坡地段断轨多；制动地段比其他地 段断轨多；无缝线路固定区断轨多；道岔基本轨比导曲轨断轨多；岔后夹直线的断轨是直向多，侧向少。

2．2 常发生断轨的部位

断轨多发生在焊缝及其附近，钢轨小腰处，曲线上股，桥梁和道 口两头部位。就同一钢轨断面而言，断轨多发生在轨头、轨颚和轨腰部位。

2．3 常发生断轨的时间

断轨多发生在冬春两季，一般在每年的11月下旬至次年的3月上旬。寒冷地区断轨较普通地区严重。而且多发生在一昼夜中气温最低的0时至4时。发生钢轨断裂后紧急处理措施

3．1 及时发现断轨

发挥 “五道防线”作用，开展全员防断。主要发挥专

业探伤队伍的主力作用，手工检查队伍的补充作用，层层

落实钢轨检查责任制，以便能在第一时间内发现断轨。

3．2 发现断轨后会处理

3．2．1 断轨处理原则

最主要的是发现断轨后必须严格执行一防护、二加固、三放行的作业程序。在拦停列车作业时，区间力争在30min内，站内力争在60min内加固完毕，并随即放行列车。

3．2．2 断轨处理方法

(1)普通线路

①应按 《铁路工务安全规则》第2．2．11条的规定设置停车信号防护。

②断缝在夹板范围内，紧固接头夹板螺栓和断缝两侧扣件，限速5km／h放行列车。

③断缝在夹板范围以外，用夹板、急救器或夹板、螺栓进行加固。当断缝小于30mm时，限速 15km／h 放行列车；30—50mm，限速5km／h放行列车；50—150mm，必须插入短轨头，并在断缝下垫枕木头后，限速5km／h放行列车。

④更换钢轨时，应按 《铁路工务安全规则》第2．2．2条办理，更换前要拧紧两端各50m范围内扣件，首次放行列车限速25km／h。

(2)无缝线路(包括焊头)

①应按 《铁路工务安全规则》第2．2．11条的规定设置停车信号防护。

②在断缝处上好鼓包夹板和急救器加固，限速5 km／h放行列车。随即，在断缝两端各50m范围内拧紧扣件。如断缝小于30mm，限速可提高至 15km／h；断缝在50～150mm，必须插入短轨头，并在断缝下垫枕木头，限速5km／h放行列车。已上鼓包夹板的焊缝断裂后，如断缝小于30mm，可紧固接头夹板螺栓，限速15km／h放行列车。

③锯掉断缝前后各一段钢轨，插入不短于6m的短轨，上好

夹板和拧紧螺栓，首次放行列车限速25 km／h，以后恢复正常。

④在接近并低于实际锁定轨温时，插入不短于6 m的焊接短轨，进行焊接。

⑤若断缝具备原位焊复的条件时，可采用原位焊复法进行焊接修复。

3．3 新型弹性扣件的应用

由于重轨刚度和重枕刚度相结合将使轨道刚度增大，过大的轨道刚度又会恶化轮轨动力相互作用关系。只要车轮踏面或轨道上有微小的不圆顺或不平顺，都会引起动力作用的增长，这些动力又随行车速度的提高而急剧增长。此外，过大的轨道刚度还会引起波磨轨的生成与扩展。因此，设法降低重轨、重枕轨道刚度是十分必要的。

用新型系列Ⅲ型枕取代木枕和 Ⅱ型枕，明显增大了曲线轨道的稳定性，轨道承载能力提高37％，减小了轨枕加速度和道床加速度，有效地抑制了道床残变，积累速率，大大减轻了养护维修工作量及其费用。

为达此目的，成都铁路局研发并使用了新型弹条扣件。其主要特征：一是采用了与Ⅲ型系列轨枕配套的厚14mm、静刚度60～70MN／m的纳米复合橡胶垫板；二是采用了与新型胶垫配套的60Si2CrA材质的加强Ⅲ型弹条扣压件，提高了弹条强度，有效控制了扣压力衰减，增加了轨道弹性；三是采用了在承力面增设L形、C形钢片的加强Ⅲ型绝缘轨距块，有效地解决了既有Ⅲ型绝

缘轨距块在山区铁路曲线轨道使用中抗压、抗弯、抗剪强度不足的缺陷。铺设实践表明，效果明显。

3．4 工务新技术、新材料、新产品的应用

(1)为解决桥上轨道道床厚度不足，刚度较大，道碴粉化严重，病害突出的问题，采用加厚轨下胶垫的减振型调高扣件，有效地提高了轨道弹性，减缓了列车的冲击作用。今后如能在桥上有碴轨道发展弹性轨枕将是又一重大技术举措。

(2)为防止列车在小半径 曲线上发生悬浮脱轨事故及减缓曲线外轨侧磨，在3000多个小半径 曲线缓圆点或圆缓点前后下股轨道内侧安装了防脱、防磨护轮轨装置，取得了良好效果。

(3)为解决山区铁路混凝土枕及岔枕中螺旋道钉普遍锈蚀严重、寿命缩短的问题，成功地开发并采用了多元共渗防锈新技术，以取代传统的防腐处理方法，提高了螺栓的抗蚀性能和使用寿命，现已在全路推广应用。结语

为适应我国铁路既有线提速战略工程，全面提升山区铁路工务设备技术装备水平势在必行，根据成都铁路局的做法和经验，在曲线轨道结构综合强化方面，采用新理论、新技术、新材料、新设备是以提高运输效率、保证行车安全和旅客乘坐舒适为基础，并以其经济效益的大小来评价其合理性和决定其发展规模和速度。因此，轨道结构的现代化与合理化进程，应密切结合路局所辖线路的具体条件和实际情况，本质上是在有利于取得最佳技术

经济效果基础上的统一。

参考文献：

[1] 铁道部．铁路线路设备大修规则。

[2] 徐小龙．小半径曲线脱轨原因分析及对策措施．铁道标准设计，2003(2)。

[3] 侯德杰，蒲保新，陶联明．强化轨道结构，适应提速需要[J]．铁道标准设计。2002(2)

第四篇：钢丝绳断裂原因总结与防范措施

塔式起重机起升机构钢丝绳断裂原因总结与防范

李建军（山西四建众源达机械施工有限公司）

塔式起重机简称‘塔机’，塔机是建筑工程机械中最重要的设备之一，在塔机机械事故中起升机构钢丝绳断裂事故占较高比例，给人民的生命财产带来不可挽回的损失；也给企业的声誉和业务扩展，造成无法估量的影响。笔者从事塔机安装、调试、检查、维修以及事故处理工作已有多年，通过典型实例对造成塔机起升机构钢丝绳断裂的原因分析与多年实践经验总结，并提出防范措施与建议。

一、实例分析

例1》某项目施工地，使用C5013塔机在吊钢筋作业中，吊一捆钢筋上升途中，突然从离地面十多米处掉下，起升钢丝绳断裂，幸运是无人员伤亡。

经专业人员检查现场分析原因是信号工因工作不认真，起升卷筒上的钢丝绳已经搅乱脱出了卷筒防脱装置外，继续上升，最终把钢丝绳拉断。

例2》朔州市区某项目使用两台C5513型塔机，其中一台塔机在夜里吊灰斗打混凝土，在作业途中，钢丝绳断裂，灰斗从八十多米处掉下，造成灰斗与起升大钩报费。

经询问塔司与现场分析：塔司违章操作,造成起升钢丝绳脱轮，使钢丝绳与轴摩擦，由断丝到断股，最终钢丝绳拉断。

例3》某工地使用一台4509塔机在吊钢筋上升/下降时正常，当空钩钢丝绳上升途中，突然大钩从三十米处的高度掉下，摔倒地面上，重伤一人。经现场检查专业人员分析原因：大钩在吊钢筋之前，小车上的起升钢丝绳滑轮组内的钢丝跳槽，塔司不清楚，继续使用最终使钢丝绳断裂,大鈎掉下。

例4》某工地塔机吊补料机配重起升过程中，突然间大钩与补料机配重，距离地面三十多米高掉下来，幸运的是下面没有工作人员伤亡.经过专业技术人员分析现场原因是塔司操作不当，使钢丝绳脱轮，继续作业，就会发生此类事故，这种现象普遍存在。

例5》某工地塔机坏了，我在检修中发现力矩重量限位及安全装置全部被拆了，塔机就在这样的环境中工作，项目上的管理人员就一点也不知道，这样吊重物会使塔机超负荷工作，没有任何安全保护装置，会拉倒塔吊、钢丝绳断裂，甚至会造成不可估量的塔机事故，这是事故中最大的安全隐患，应以重中之重来严格管理。

二、经验总结以下方面

1》钢丝绳安装方法不规范不正确，在安装过程中，有的钢丝绳中间有部分扭结、弯折、压死角现象；有的没有把钢丝绳反弹性的劲完全放开，就硬绕在起升钢丝绳卷筒上；有的安装人员在拿钢丝绳向卷筒绕卷时，为省力不用力压、拉、挤紧钢丝绳，当塔机在吊重物时，卷筒上松动的钢丝绳会受重力拉紧后把绕在卷筒最后一层钢丝绳挤出层面，起升机构反复升降就会把挤出的部分钢丝绳压扁、变形、压折，最终造成钢丝绳报废。

2》钢丝绳与起升传动机构齿轮质量问题，质量已经出现问题不知道、不检查、不换新。3》塔机操作人员与指挥人员技术差、素质低、责任心差与违章操作，在施工作业中，使起升大钩蹲钩、顶钩、吊重物摆动大、甚至使小车上起升钢丝绳滑轮组的钢丝绳脱槽、跳槽与金属结构摩擦、拉死、卡死、挤断等现象。4》塔机使用单位或塔机租赁公司对塔机钢丝绳与转动滑轮没定期检查与保养，使塔机起升钢丝绳所经过的滑轮中有部分滑轮不转动、不灵活或已坏没及时修理会使钢丝绳在运行中外径表面摩擦，过程中跳、弹、绷拉，使钢丝绳从轮槽中掉下与钢结构摩擦。

5》项目施工地塔机工作区与附近，有通信发射塔或电台信号发射塔时，塔机电源关断，塔机上仍然有电，这是塔机带上静电。静电电压低，但电流大，静电会使卷筒上的钢丝绳与起重臂端部固定钢丝绳的尼龙轮子在钢结构与钢丝绳锁卡子之间因电磁感应发热，造成钢丝绳变色尼龙轮子烧坏，甚至电流大时会击损钢丝绳与击断钢丝绳。6》起重臂端部锁钢丝绳卡子与固定钢丝绳的销子安装不符合安装要求，有的钢丝绳的锁卡子安装方向、大小规格不一样、没有拧紧、开口销拿铁丝钢丝代替；有的钢丝绳吊超荷载重物时拉细、变形后，使钢丝绳卡子松动与钢丝绳升降时打扭。

7》变幅机构钢丝绳太松时，小车前后运动变幅钢丝绳会与起升钢丝绳相互摩擦或打结。8》塔机租赁单位对塔机起升传动机构、制动系统、安全装置、钢丝绳防脱装置在运行过程中损坏、没有按规范安装与调试。

9》使用单位管理混乱，人员素质低对塔机违章使用。10》塔机电路故障，使接触器粘连、烧死、却相。

11》人为，如拆除限位器、短接电气、操作时上网聊天、损坏电器开关、故意与附近物体碰刮、小便到电机外壳上、操作回转时强行打反车等。12》塔机操作人员与指挥信号工疲劳工作，使塔机在运行中因操作与指挥人员一时疏忽，使起升钢丝绳与建筑物、外架、料台等摩擦都会造成钢丝绳断裂

三、防范措施与建议

1》塔机三员（操作工、塔机指挥信号工、索工）的管理与安全意识培养

（1）塔机三员，必须身体健康、视力、听力无障碍经专门安全技术培训，由有关部门发给合格证，具备专业知识和熟练操作技能认真工作，同时具有较强的责任心，而且注意司机所学习机型是否与实际操作的机型一致。

（2）塔司开机前必须做到“三自”即自检、自查、自处理。工作中做到“四勤”与“四主动”，四勤即手勤、腿勤、眼勤、嘴勤，四主动即主动保养维护检查、主动发现问题、主动思考问题、主动协调处理问题。交接班时要有“三记录”交接班记录、维修记录、自检记录。

（3）对三员实行“三定一规程一执行一落实一体化”即定人、定机、定岗位责任制度，必须按照《塔机安全生产操作规程》操作，具有执行力并落实，各项目部或起重分公司对三员考核、检查、监督、组织、协调、安排、执行、落实等统一管理形成施工过程一体化。

（4）塔机操作工在操作中不仅要做到“稳、准、快、安全合理等要求而且要做到对塔机的日常检查保养，勤于检查关键受力部位受损状况各安全保护装置灵敏情况；

（5）对三员定期组织学习与安全教育，不断提高三员的专业技能和安全意识，使其从主观上彻底改变旧的、不符合安全生产需要的观念。让三员从思想上认到“宁停机不干，也不带安全隐患上岗作业“的安全意识。

（6）对塔机三员实行实名实时指纹上岗签到制度由各项目部专人监督检查考核考勤，每月考勤项目部上报分公司，三员工资由分公司财务统一实名打卡发放，不得由劳务队、塔机租赁公司、项目部等发放塔机三员的工资.2》对塔机设备管理建议与要求

(1)为防止塔机起升钢丝绳断裂事故，塔机上安装远程监控系统对制动系统、安全保护装置、钢丝绳防脱装置、电气控制系统、传动系统以及钢结构必须全方位监控并符合国标（GB/T9462-1999)《塔式起重机技术条件》中的规定重新调试。这需要各使用单位特别注意，发现问题后必须停机并按规定修复。(2)项目部必须制定塔机维护保养日程与专职起重安全监督管理人员，每月要重点对塔机各机构受力部位、安全保护装置进行检查。对塔机每天不少于2次全面检查并做记录，如发现问题及时处理与汇报。

(3)建筑分公司安全设备科对下属施工项目上塔机进行定期检查并做详细记录。

(4)塔机维修人员每月对塔机电器装置、起升刹车、变幅制动器、回转制器、力矩、重量限位器以及各行程限位器等保护装置进行检查，保证齐全、灵活可靠，严禁使用限位器装置代替操作机构进行停机。

(5)塔机使用单位应按照2013年6月29日新颁布《中华人民共和国特种设备安全法》法规的规定。

(6)各省建设管理部门建立建筑施工项目安全管理违规、违章举报系统，并公开公布举报电话与邮箱。

(7)各项目部要对进入施工场地新安装的塔机进行监督检查与配合安全管理，并对关键拍照摄像与做详细记录，在塔机正式使用前一天必须把对关键拍照摄像与做详细记录、塔机全部资料做成电子版发送到集团公司安全生产部。

(8)塔机安装单位、塔机公司、塔机租赁公司对塔机安装、拆卸、顶升加节、加附着、各安全装置与保护系统试验调试、必须由专人负责、专人监督检查，并对全过程进行拍照与摄像存档。需要第二方单位负责人验证无误后，经塔机检测部门检验合格才能使用。

（9）塔机使用的驾驶室、配电箱（柜）、控制箱（柜）必须加固上锁有专人负责与检查保养，塔机所有安全保护装置与连接电源线、控制线必须完好。

（10）集团公司要对下属所有施工项目塔机进行不定期检查，发现一次机违规、违章、带病作业行为现金重罚。

笔者通过部分典型实例与实践总结经验以及防范措施和建议。供建筑施工企业、安检单位、施工机械租赁单位、塔机管理人员、塔机操作人员、施工现场管理人员分享；同时，警醒相关从业人员尽量避免自己的失误，降低塔机事故，希望大家同心合力有效控制实例再次发生。

2014/4/23

第五篇：高强度PC钢丝断裂原因分析及改进措施

高强度PC钢丝断裂原因分析及改进措施

李祥才1，徐

冰2，于同仁3，杨丽珠3

（1 安徽工业大学 材料工程学院, 安徽 马鞍山 243000；2 邯郸钢铁集团公司，河北 邯郸056015；

马鞍山钢铁股份有限公司，安徽 马鞍山 243000）

摘 要：对高强度PC钢丝断裂原因进行了分析，认为连铸坯的中心偏析、中心缩孔、疏松和夹杂是导致PC钢丝断裂的冶金原因；轧制过程中，较差的修磨质量、表面缺陷导致的微裂纹，过烧以及不适当的冷却速度导致的非正常显微组织，盘条头部的耳子、盘条本身折叠是导致PC钢丝断裂的主要原因；同时，不恰当的酸洗、较差的磷化及热处理质量、不适当拉丝裂纹的产生、拉拔模具安放不正导致的横裂也是PC钢丝断裂的原因。并且针对上述部分原因提出改进措施。

关键词：PC钢丝；断裂；原因分析；改进措施

中图分类号：TG356.4+6

文献标识码：A

文章编号：1004-4620（2006）06-0036-04

Analysis of Fracture Reasons of High Strength PC Steel Wire and Improvement Measures

LI Xiang-cai1, XU bing2, YU Tong-ren3, YANG Li-zhu3

（1 School of Materials Science and Engineering, Anhui University of Technology, Maanshan 243000, China;Handan Iron and Steel Co., Ltd., Handan 056015, China;3 Maanshan Iron and Steel Co., Ltd., Maanshan 243000, China）

Abstract: The fracture reasons of high strength PC steel wire are analyzed, it’s considered that center segregation, central cavitation, poriness and inclusion are the metallurgical reasons which lead to the facture of PC steel wire and in the rolling process, differential coping quality, microcrack caused by surface defect, abnormal microstructure caused by burnt and improper cooling velocity, the ears on the head of the wire, overlapping of the wire rod itself are the main reasons which lead to the facture of PC steel wire.At the same time, inappropriate pickling, differential phosphorization quality, the bad heat treatment quality, the generation of crack in the improper drawing and transverse crack caused by abnormal laying of the drawing die are also the reasons of the cracking of PC wire.Improvement measures are put forward on the part reasons described above.Key words: PC steel wire;fracture;reason analysis;improvement measures

高强度低松弛预应力钢丝具有强度高、塑性好、韧性高、耐腐蚀、低松弛等性能，被广泛用于大、高、特等重要建筑，其生产和使用越来越引起人们的重视。高强度低松弛预应力钢丝断裂的原因很多，分析起来既困难又复杂。本研究拟就钢丝在生产过程中产生断裂的可能原因进行分析。PC钢丝化学成分及生产工艺流程

高强度低松弛预应力钢丝牌号、化学成分见表1。

表1 高强度低松弛预应力钢丝的化学成分 % 牌号

C Mn Si S P

72B 0.68～0.74 0.60～0.90 0.12～0.32 ＜0.025 ＜0.025

75B 0.73～0.78 0.60～0.90 0.12～0.32 ＜0.025 ＜0.025

77B 0.75～0.80 0.60～0.90 0.12～0.32 ＜0.025 ＜0.025

80B 0.78～0.83 0.60～0.90 0.12～0.32 ＜0.025 ＜0.025

82B 0.80～0.85 0.60～0.90 0.12～0.32 ＜0.025 ＜0.025

生产工艺流程为：冶炼精炼→连铸（或者模铸）→初轧开坯→表面修磨→高速线材轧制→酸洗→磷化→拉拔→矫直回火→质量检验→入库。PC钢丝原料的质量控制

影响PC钢丝用线材质量的因素是多方面的，按生产工序可分为炼钢和轧钢两方面的因素[1]。

2.1 炼钢工序控制质量的途径

转炉炼钢，如果出钢量小于30t，则很难生产高档产品。原因在于：（1）小转炉生产出的钢水氧化性强，虽经炉后脱氧、吹氩处理，但钢中的含氧量仍难控制在低水平；（2）炉后增碳量过大，很难保证成品碳的稳定，含碳量的波动，对最终产品的性能造成很大的影响；（3）小转炉即使炉后配置钢包精炼装置，也很难发挥其精炼效果，即很难将夹杂物控制在低水平。因此，转炉生产优质高碳硬线钢必须具备以下条件：（1）转炉入炉铁水P、S的质量分数不大于0.030%；（2）转炉公称容量不小于50t，最好是顶底复吹转炉；（3）炉后必须配备钢包精炼装置。

电炉炼钢（指公称容量在50t以上的电炉），要想生产出优质高碳硬线钢，主要应控制好钢中有色金属元素的含量和N含量。控制钢中有色金属含量的途径，关键是钢铁料的选择，尽可能少用回收废钢。有条件可多用钢铁厂的自产废钢或采用海绵铁等替代品，也可使用一定比例的生铁块或热铁水。电炉采用相关技术措施，可将钢水中N的质量分数控制在60×10-6以下。这些技术措施包括：（1）保证电炉的封闭性好；（2）采用泡沫渣冶炼工艺；（3）采用强供氧吹炼并安装炉底吹氩装置；（4）采用偏心炉底出钢；（5）出钢过程中，钢流采用惰性气体保护。

2.2 铸钢工序控制质量的途径

高碳钢在浇注成型过程中，最容易出现也是最致命的质量问题就是碳的偏析。

对于模铸生产，出现最严重碳偏析的部位是钢锭的头部，这是由钢的凝固特性和钢锭的凝固特点决定的，难以有效控制；另外钢锭头部保护渣选型不当，也能造成钢锭头部渗碳。因此，高碳钢模铸用复合保护渣，应选择微碳或无碳型。

方坯连铸生产往往产生中心碳偏析，根据有关文献报道，160mm×160mm连铸坯中心碳偏析系数达到1.45左右。根据欧洲主要高碳硬线生产厂家提供的经验，有效地控制连铸小方坯中心的碳偏析，采用如下技术措施，可将连铸小方坯的中心碳偏析系数控制在1.10以下：（1）中间包钢水的过热度控制在25℃以下；（2）在连铸结晶器上和凝固终端区安装电磁搅拌装置；（3）二冷段采用强化冷却技术；（4）采用凝固终端轻压下技术。2.3 轧钢工序控制质量途径

轧钢工序的控制，主要是控制好线材的内部组织。目前，国内大部分高碳线材通过高速线材轧机生产，这种轧机具有良好的控冷（水冷和风冷）能力，可以直接生产出高索氏体化线材。但若控冷工艺制定不合理，不仅直接影响到线材的索氏体化程度，组织的规律性和均匀性，而且将导致线材产生非正常组织，从而直接影响到产品的力学性能和加工性能。

（1）如果吐丝温度过低，线材可在进入风冷线前便出现渗碳体组织；而如果吐丝温度控制过高，将导致线材心部因冷却过慢出现渗碳体。

（2）如果风冷强度过强，线材的边沿容易产生马氏体和贝氏体；而风冷强度过弱，则容易造成线材心部出现渗碳体。

（3）风冷线辊道速度的选择，将直接影响到风冷的效果，尤其是风冷线前3段的辊速。根据实际生产经验，一般要求前两段辊速稍快，第3段辊速适当放慢，有利于提高索氏体化程度。

此外，还应特别注意要保证钢坯加热温度均匀和钢坯在均热段的滞留时间。目前国内大部分轧钢厂在超设计能力生产，钢坯的加热时间必然会缩短。钢坯缓冷后得到的组织均为珠光体和渗碳体，如果钢坯加热温度不均，中心温度偏低，其渗碳体组织不能完全重新溶解，最终将留在线材中。而渗碳体重新溶解后需有足够的时间碳才能达到均匀化。所以，如果钢坯在均热段没有足够的滞留时间，钢坯将存在局部碳偏析区，难免重新产生渗碳体。断裂原因分析

3.1 连铸方面的原因

3.1.1 连铸坯的中心成分偏析

随着凝固的进行，中心区液体成糊状，并逐渐失去流动性，由于糊状区下部的凝固产生体积收缩，对糊状区的液体产生一种抽吸作用，此时密集溶质的残余液体沿树枝晶间流动，凝固后形成V形偏析和中心偏析。

对于生产预应力钢丝的线材来说，要求其金相组织的索氏体化程度越高越好。由奥氏体等温转变曲线可知，影响线材最终组织的主要因素是钢的成分和冷却速度。钢的成分决定C曲线的位置，一般而言，元素Cr、Mn、C均增加过冷奥氏体稳定性，推迟奥氏体的分解过程，因而使C曲线右移。连铸坯轧成盘条后，中心成分偏析并未消除，由于线材中心Cr、Mn、C含量很高，使中心区的C曲线与线材边部的C曲线相比更靠右。即使中心偏析区的冷却速度低于线材表面，仍有可能转变为马氏体[2]。

从断口试验中发现，马氏体转变主要由以下三方面引起[3]：（1）成分超标。马氏体转变点Ms，Mf主要决定于加热时溶入奥氏体中的合金元素的种类和数量，除铝和钴能提高马氏体点以外，绝大部分合金元素均降低马氏体点。从对断口的成分分析及金相检验发现，Mn的质量分数高达1.4%～1.5%时，C曲线向下移动，在正常的热处理工艺参数下加热易形成马氏体组织。（2）钢丝在热轧、正火或铅淬火过程中，由于喷水的原因，极易使奥氏体快速冷却，形成马氏体和屈氏体组织。（3）电接操作不到位，电接后没有通电回火，致使电接头存在各种复杂的不平衡组织。另外马氏体对氢脆裂纹非常敏感，即含氢量相同的盘条中心有马氏体，更容易产生氢脆裂纹，导致拉拔时出现脆断。

3.1.2 铸坯中心缩孔、疏松和夹杂

连铸坯凝固过程中，由于二冷区冷却的不均匀性，导致柱状晶不稳定生长，在铸坯纵断面中心常常出现“凝固桥”，桥下面的残余液体凝固要收缩，得不到上面液体的补充，就会形成缩孔、疏松，并伴随严重的中心偏析和夹杂物的富集。由于有与大气相通的缩孔，当铸锭（或坯）加热时，其内壁氧化，缩孔不能在随后的热压力加工过程中焊合；密闭的缩孔附近凝聚着大量夹杂物，在轧制过程中焊合也较困难，因而这些缩孔都保持在线材中；而非金属夹杂物在热轧时被压碎，其碎片分布成线状，形成带状组织，使原材料性能不均匀，塑性下降。拉拔时，非金属夹杂物便破裂，使金属基体的连续性被破坏，导致钢丝塑性和韧性降低。线材在拉拔过程中，中心空洞、裂纹便成为断裂的起源，随着拉拔、变形，裂纹扩展为锥形裂缝，导致钢丝断裂[2]。3.2 轧制方面的原因

3.2.1 铸坯表面修磨质量

线材厂所用钢坯存在一定数量气孔、夹杂等冶炼缺陷，同时钢坯也存在表面裂纹。这类缺陷在加热和轧制过程中，一部分经过回复再结晶得到修复，一部分随轧制暴露在表面，使轧件微观上存在不连续性，形成表面的微观裂纹源，最后在轧制过程中结疤。为消除钢坯的这类缺陷，必须合理控制冶金过程，减少缺陷数量，同时制定合理的钢坯清理和冷却工艺，保证无表面裂纹[3]。

3.2.2 表面缺陷

原料在冶炼时成分控制不严，有害元素P、S、Cu等含量偏高，轧制时孔型磨损，控冷不良，对盘条组织及表面均有不良影响。常见的表面缺陷有耳子、折叠、断续裂纹及麻点，这些缺陷在钢丝生产过程中难以消除[4]。由于线材本身的原因或拉拔过程中模子损坏的原因，极有可能在金属的表面、次表面或内部形成裂纹，并能在下道工序及使用过程中继续发展和扩大，使金属强度剧烈下降，甚至断裂；而折叠的出现，不如裂纹那样容易察觉，在盘条入库时，时常被线材表面氧化铁皮遮盖，难以发现，而且在拉丝时继续存在，只有在钢丝检验，经过扭转，呈现翘起时才得以发现。观察发现，折叠本身并不能造成钢丝断裂，只有在它和裂纹等其他缺陷同时存在时，才造成钢丝在拉拔过程中断裂[3]。

另外，原料的皮下气泡，残余缩孔，局部Si、C富集等因素会降低线材的塑性，拉拔后金属分层[4]。

3.2.3 过烧

过烧是当钢丝加热温度接近于熔化温度时，由于过高温度而使其表层沿晶界处被氧气侵入而生成氧化物，而且在晶界处与枝晶轴向的一些低熔点相发生熔化产生裂纹。过烧的区域一定伴随有脱碳的产生。因为过烧使晶粒边界遭到破坏，而影响到晶粒与晶粒界的结合力，所以钢丝强度很低，脆性增大，容易造成钢丝断裂[3]。

3.2.4 线材轧制过程中冷却速度的影响

在高速线材轧制过程中之所以采用斯太尔摩控冷线进行冷却，就是要获得较细的珠光体组织，即索氏体组织，并且索氏体化程度越高越好，以便于满足后续拉拔的需要。要满足此要求，斯太尔摩冷却速度曲线必须设计在该钢种C曲线的鼻尖处经过，否则就会出现冷却速度太慢或太快。如果冷却速度过快，容易出现贝氏体或马氏体组织；如果冷却速度过慢，则容易形成粗大的珠光体组织。对于亚共析钢来说，铁素体容易沿奥氏体晶界析出，随着铁素体量的增多，钢的强度降低；对过共析钢而言，在轧后缓冷过程中，沿奥氏体晶界将析出Fe3C。在正常条件下，带控冷装置的高速线材轧机能有效地控制Fe3C的析出，但是根据现场生产经验，当钢中碳的质量分数超过0.90%时，在现有的轧机控冷工艺条件下，亦有从奥氏体晶界析出Fe3C的可能。在正常的炼钢生产过程中，高碳钢中碳的质量分数应能控制在0.86%以内，但是，如果浇注过程中控制不当，钢在凝固过程中产生偏析，使钢坯局部（主要是凝固中心或钢锭头部）碳的质量分数超过0.90%，亦有析出Fe3C的可能，使钢丝在拉拔过程中断裂。在国产线材的个别试样中，确实发现局部碳化物的存在，尤其是线材的心部，此外有时在线材的边沿还出现马氏体或贝氏体[5]。3.2.5 显微组织对盘条拉伸断裂的影响

正常盘条的热轧态组织应是以细小均匀索氏体为主，并有少量珠光体和网状铁素体。但当盘条的热轧显微组织中出现较多的珠光体群，且其片距较大（大于0.15μm），其间又有较多网状铁素体时，在适当拉伸速度时拉伸，断裂首先从盘条纵向表面有缺陷处萌生裂纹，经过一定塑性形变，裂纹向内缓慢扩展，最后发生快速脆性解理断裂，其断裂特征属于纤维状和结晶状混合断口的解理断裂机制[6]。

3.2.6 盘条头部的耳子引起的拉拔横裂

部分盘条的头部带有或轻或重的耳子，这是轧钢时留下的缺陷，拉拔时必须剪掉。盘条经酸洗、磷化后若是发现很严重的耳子还可以剪掉，若是较轻的耳子则不易发现。这些未被发现的耳子在拉拔过程中被紧紧地碾在钢丝基体上，拉拔成成品并经过一段时间后，一部分耳子会被逐渐地释放出来——表现为某一侧或两侧的轻微横裂[7]。

3.2.7 盘条本身折叠引起的断裂

折叠是一种常见缺陷，一旦产生很难排除，随着轧制过程的深化也被进一步细化。很深的折叠经拉拔后与基体紧紧碾在一起，在拉拔过程中不易暴露，经拉伸试验后暴露在断口处；嵌入具有一定深度盘条基体之中的折叠，在拉拔过程中或拉拔后会暴露出来——表现为很深的横裂。此横裂常为钢丝单侧横裂，由于裂痕较深，对钢丝的力学性能有毁灭性影响，导致钢丝断裂[7]。3.3 加工方面的原因

3.3.1 酸洗程度的影响

如果盘条在酸池中浸酸时间过短或酸浓度太低，造成盘条表面的氧化铁皮酸洗不净便进行磷化，使得部分磷化膜未附在钢基上，而是附在氧化铁皮上，在拉拔时，氧化铁皮和基体不能同时进行均匀变形，并且氧化铁皮被嵌入钢基中，使得拉拔后的钢丝表面存在微裂纹。因酸液浓度、温度过高和浸酸时间过长导致的过酸洗，使盘条表面的氢不容易排出，产生氢脆，导致钢丝脆断，同时又使得盘条表面过于粗糙，拉拔时容易产生微裂纹,涂层不均匀也易造成钢丝拉伤。盘条无论欠酸洗还是过酸洗，一旦产生微裂纹，在预应力作用下，钢丝微裂纹会进一步扩展，最后造成钢丝断裂[7]。

3.3.2 磷化质量的影响

磷化质量差，如磷化膜过薄或过厚，也会造成拉拔断丝。过薄，拉丝粉不容易被带入；过厚，磷化膜附着力不牢固，容易脱落，拉丝粉也不容易带入。两者均可造成钢丝拉拔时润滑不良，表面产生微裂纹，导致钢丝断裂[8]。

3.3.3 热处理质量的影响

热处理质量不好引起拉丝断丝的原因有两个：（1）脱碳。脱碳是指钢丝表面C被氧化掉，铅淬火时先析铁素体较多，在后期拉拔时，表面与心部硬度不一样，金属流动速度不一样，势必在分界处产生分层，严重时会产生断丝现象。（2）由于停车或收线速度过慢，炉子出口处到铅锅入口处之间的一段钢丝在炭末的覆盖下仍处于高温状态，冷却速度较慢，使奥氏体中的铁素体过早地析出，滞留时间越长，铁素体析出量越多，而后进入铅液淬火后即形成较为粗大的网状铁素体和珠光体，影响钢丝的顺利拉拔[4]。3.3.4 拉丝过程中裂纹的产生

在拉丝过程中裂纹源来源大致有3种：（1）总压缩率不合适。总压缩率越大，钢丝的强度升高越多，而弯曲、扭转值下降较快。对中高碳钢来说，总压缩量控制在75%～80%之间时，成品钢丝既能保证强度要求，又能保证弯曲、扭转韧性要求，即获得良好的综合力学性能。（2）道次压缩率分配不当。在总压缩率一定的情况下，道次压缩率的分配对钢丝性能也有一定的影响。试验表明，如道次压缩率较小（15%以下），索氏体中渗碳体片在拉拔中进行塑性弯曲变形，沿拉拔方向旋转，至总压缩率90%时，既得到高的强度，又能保证较好的韧性，弯曲值、扭转值也较高，但拉拔道次增多，降低了生产效率。如果道次压缩率过大（大于30%），渗碳体片在拉拔时会很快破碎，总压缩率大于60%时，韧性即变得很差，尤其是扭转韧性变差，容易产生扭转裂纹。（3）拉丝时温度升高。在一般拉拔速度下，中高碳钢拉一道平均温度升高80～100℃，在连拉机上，经多次拉拔后，钢丝温度累积可达400～500℃，拉拔时产生的热量虽然大部分被钢丝带走，但是钢丝与模孔接触处，由于热传导作用，仍有10%左右的热量保留在模具中，造成润滑剂失效，模具使用寿命降低，钢丝表面温度急剧升高，若润滑不良，往往会造成很大的残余应力，引起钢丝表面产生裂纹，甚至导致钢丝拉断[4]。

3.3.5 拉拔模具安放不正的影响

模具安放不正会使拉出的钢丝不是与卷筒呈水平相切关系而是呈相割、相离或偏上、偏下的关系。相割会使钢丝外侧与模具强烈摩擦导致磷化模脱落，润滑系统被破坏，拉拔温度骤升造成钢丝外侧表面被破坏而产生横裂；相离会造成钢丝内侧表面产生横裂；偏上偏下都会使钢丝产生横裂。

由于模具安放不正引起横裂的裂痕深浅视其偏差的程度而定。安装偏差越大，横裂痕越深，对力学性能影响也越大，尤其对塑、韧性值影响大[7]。改进措施

在实际生产中，导致钢丝断裂的原因并非单一出现，这就使得分析产生断裂的主要因素和实施控制的难度大大增加，针对导致钢丝可能断裂的因素提出原则性的改进措施。

（1）在钢水冶炼和连铸过程中，控制中间包钢水温度高于液相线15～25℃，采用钢包底部吹氩气搅拌和连铸结晶器中电磁搅拌，提高连铸坯化学成分的均匀性。对连铸工艺进行优化，采用浸入式水口保护浇注及铸坯强冷工艺，打破铸坯的柱状晶。

（2）增大铸坯断面，控制二次冷却，使钢坯横截面等轴晶区所占比例尽可能大,从而使偏析的元素充分扩散，降低偏析程度。对保护渣使用进行跟踪，不同的钢种采用不同的保护渣，同时提高保护渣的质量，降低钢水浇注温度。

（3）改善钢水质量，尽可能降低P、S含量。炉后挡渣、吹氩、烘包、保温；硅铝铁脱氧；提高终点[C]含量。耐材选优，改进品质，例如可以用铝碳水口取代石英下水口等。稳定操作，扩大中间包容量，缩短钢水衔接时间等。

（4）轧制之前必须对坯料进行探伤、修磨精整。通过喷丸（铁砂）处理去除表面氧化铁皮，经荧粉探伤，对有缺陷的地方作标志，再利用砂轮修磨进行精整处理，防止裂纹出现。

（5）坯料加热时要防止表面脱碳。加热炉宜采用步进梁式加热炉，分段加热控制，这样炉区温度易控制，坯料加热温度也较均匀。根据不同钢种优化加热工艺，对开轧温度以及均热段、加热段温度进行不断调整对比。

（6）优化控冷工艺，调整控冷工艺参数，摸索一套适用于转炉炼钢特点的控冷工艺。高线斯太尔摩控冷速度对不同钢种要适当，防止出现有害组织。加强工艺控制，对吐丝温度进行动态监测，吐丝温度的波动应严格控制在±10℃范围内，以改善通条性能，轧制大规格高碳钢线材，相变转变前的冷却速度大于10℃/s，以抑制先共析渗碳体组织的析出。

（7）热处理要准确设定线温、车速、铅温并严格控制，出炉口封闭要严。酸洗时严格控制酸液浓度、温度、酸洗时间，避免过酸洗或欠酸洗；磷化时，严格控制磷化液浓度和浸磷化液时间，避免磷化膜过薄或过厚；盘条本身要防止折叠，拉拔时模具要放正，避免产生横裂。拉丝在保证通水、润滑良好状态下,尽量采用小压缩率多道次拉拔等。

参考文献：

[1] 潘贻芳.大规格高碳钢线材的质量控制[A].2000年全国线材制品行业年会，天津，2000.[2] 桂美文.连铸PC钢丝锥状断口的成因分析及改进措施[A].2000年全国线材制品行业年会，天津，2000.[3] 傅百子，曹清.钢丝生产过程中断裂原因分析[J].金属制品，1997，23（3）：17-18.[4] 王快社，李国哲.碳素弹簧钢丝裂纹原因分析[J].金属制品，2000，26（2）：15-16.[5] 周海斌.湘钢高速线材优质硬线产品开发与生产[A].2000年全国线材制品行业年会，天津，2000.[6] 尹万全，郭延风，曹家麟，等.碳钢盘条拉伸异常断口分析[J].金属制品，1998，24（5）：8-9.[7] 郭志民.PC钢丝拉拔叫模及横裂原因分析[J].金属制品，2000，26（2）：18-19.[8] 刘立军.高强度预应力钢丝脆断原因初探[J].金属制品，2000，26（3）：29.