淺談船舶主機噴油器彈簧斷裂的原因

船舶主機噴油器彈簧斷裂的原因主要包括彈簧質(zhì)量問題、噴油器安裝不當(dāng)問題、過度使用或過度加載、不正確的維護(hù)和保養(yǎng)以及操作錯誤等。需要采取相應(yīng)的措施對出現(xiàn)斷裂的彈簧及時進(jìn)行更換和處理，提高船舶主機可靠性與使用壽命，降低船舶主機噴油器彈簧斷裂風(fēng)險。2020年9月8日，船東甲反饋，船舶在航行期間，主機5﹟缸附近出現(xiàn)敲擊聲，停車后拆檢5﹟靠后油頭，發(fā)現(xiàn)彈簧第一圈處發(fā)生斷裂。2020年9月26日，接到乙船東反饋，主機低速操車階段6群缸附近出現(xiàn)異常聲響，停車后拆檢6拌靠后油頭，發(fā)現(xiàn)彈簧第二圈處發(fā)生斷裂，主機機型6S50ME-B9.3。噴油器拆解如圖1所示。圖1噴油器拆解一、調(diào)查分析隨著我國航運事業(yè)的發(fā)展，對船舶主推進(jìn)裝置可靠性要求不斷提高，船舶主機是推進(jìn)裝置中的重要設(shè)備，為保證船舶主機可靠運行需要分析噴油器彈簧斷裂原因采取相應(yīng)處理措施。噴油器彈簧斷裂受到采購、檢驗、倉儲、安裝等環(huán)節(jié)的影響，在連續(xù)收到船東關(guān)于主機噴油器相關(guān)質(zhì)量信息后，馬上組織人員前往主機噴油器制造廠家進(jìn)行實地調(diào)查。從采購、檢驗、倉儲、安裝等環(huán)節(jié)，對噴油器生產(chǎn)的整個過程進(jìn)行分析[1]。1、噴油器內(nèi)部彈簧采購過程調(diào)壓彈簧是MAN主機噴油器生產(chǎn)中的關(guān)鍵部件，國產(chǎn)MAN主機噴油器內(nèi)部調(diào)壓彈簧一直都是國外進(jìn)口部件，通過對主機噴油器廠家生產(chǎn)計劃的查看，噴油器廠家今年共計分6個批次進(jìn)口調(diào)壓彈簧272根，每根彈簧表面標(biāo)識獨立的批次號。2、彈簧驗收過程彈簧采購入庫后，會根據(jù)采購合同單號，對每批進(jìn)行抽檢,抽檢比例10%。檢驗項目為目視檢查、尺寸檢查、負(fù)荷試驗。根據(jù)驗收記錄顯示，這6批次彈簧在抽檢過程中質(zhì)量合格，未發(fā)現(xiàn)異常。3、噴油器彈簧安裝過程從噴油器安裝工藝上來看，對彈簧的安裝沒有特殊的要求。在將針閥偶件裝入噴油器體后，安裝彈簧座。彈簧套在止回閥上后,整體裝入噴油器體。完成安裝后，對噴油器進(jìn)行泵壓試驗，并調(diào)整墊片。從噴油器的設(shè)計結(jié)構(gòu)上分析，噴油器裝配后內(nèi)部零部件有自定位功能，且止回閥兩端密封均采用球頭密封形式，即使出現(xiàn)噴油器內(nèi)部零件位置不正，在噴油器泵壓試驗時會出現(xiàn)無法建壓、針閥運動不靈活，霧化不良，噴霧后大量滴油等現(xiàn)象。4、本批次彈簧涉及機型噴油器廠家在每個批次進(jìn)口彈簧到貨后都會進(jìn)行驗收，確保每個批次的彈簧質(zhì)量合格。在實際安裝過程中，在裝配記錄中沒有對彈簧上的批次號進(jìn)行記錄的要求，無法準(zhǔn)確鎖定，出現(xiàn)問題的彈簧具體是哪個批次號，只能根據(jù)出庫時間擴(kuò)大排查范圍。二、彈簧斷裂原因分析隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，船舶運輸事業(yè)得到很大進(jìn)步，由于船舶老齡化等原因?qū)е麓笆鹿识喟l(fā)。船舶主機對安全運營起到?jīng)Q定性作用，主機安全可靠性是航運界人士共同關(guān)注的焦點。為深入分析彈簧斷裂的確切原因，將返回的斷裂彈簧以及庫存彈簧送國家實驗室做對比分析和失效分析[2]。船舶機械設(shè)備長期運轉(zhuǎn)使用中承受摩擦磨損等多種作用，機械技術(shù)狀態(tài)與使用性能不斷下降導(dǎo)致功能喪失造成停航。船舶主機噴油器彈簧斷裂的原因主要包括彈簧質(zhì)量問題、過度使用或過度加載、不正確地維護(hù)和保養(yǎng)以及操作錯誤等。彈簧結(jié)構(gòu)特殊，理化性能試棒無法取樣，故從硬度、金相等方面開展相關(guān)檢測分析彈簧斷裂原因。通過硬度測試、金相分析、化學(xué)成分分析、疲勞試驗和失效分析等方法可以探究彈簧斷裂的原因，具體硬度結(jié)果如表1所示。1、新彈簧表面質(zhì)量彈簧表面質(zhì)量較好，無毛刺、折疊、裂紋、擦傷、點蝕等宏觀缺陷。非金屬夾雜物:非金屬夾雜物是指在金屬材料中混入的其他物質(zhì)，非金屬夾雜物較好，A、B、C類夾雜物為0級，D類夾雜物為0.5級，對彈簧的質(zhì)量和使用性能影響不大。2、表面組織及芯部組織表面無明顯氧化脫碳現(xiàn)象，芯部為回火馬氏體及顆粒狀碳化物。彈簧的表面質(zhì)量和芯部組織都符合一般要求，可以滿足使用性能。彈簧表面和彈簧芯部組織,如圖2和圖3所示。3、斷裂彈簧金相分析1）非金屬夾雜物評定。非金屬夾雜物較好，A、B、C類夾雜物為0級，D類夾雜物為0.5級。2）表面局部區(qū)域存在凹痕缺陷，凹坑深度約為0.03mm，凹坑缺陷周圍存在高溫氧化黑點?？赡苁怯捎趶椈稍诟邷丨h(huán)境下使用或存儲時，表面受到氧化作用而形成的。氧化黑點可能會影響彈簧的外觀和抗腐蝕性能。3）樣品組織。回火托氏體是一種具有較高強度和韌性的鋼材料，在經(jīng)過淬火和回火熱處理后形成。表面局部區(qū)域有脫碳現(xiàn)象，脫碳層深度為29um。脫碳是指鋼材料在高溫下與爐氣中的氧化性氣體作用，導(dǎo)致表層碳含量降低的現(xiàn)象。脫碳會導(dǎo)致鋼材料表面硬度和強度下降，影響其使用性能。在彈簧制造過程中，如果熱處理工藝不當(dāng)或操作不規(guī)范，很容易出現(xiàn)脫碳現(xiàn)象3。4、斷裂彈簧斷口分析1)裂紋起始于內(nèi)圓弧面凹坑缺陷底部，呈放射狀擴(kuò)展，凹痕深度約0.10mm，周向?qū)挾?.17mm，如圖4~圖8所示。2）距離裂紋源0.5mm的放射狀區(qū)域斷口為準(zhǔn)解理斷裂，局部區(qū)域有疲勞裂紋擴(kuò)展形成的疲勞輝紋。3）距離裂紋源2.0mm處斷口為撕裂和韌窩的混合斷裂，韌窩開口指向裂紋擴(kuò)展方向。4）最后斷裂區(qū)斷口為韌窩的韌性斷裂。5）裂紋源附近有與裂紋源凹痕形狀一致的凹痕缺陷，凹痕底部有開裂現(xiàn)象。三、調(diào)查結(jié)論船舶主機噴油器彈簧斷裂的原因有多種，主要包括彈簧質(zhì)量問題、過度使用或過度加載、不正確的維護(hù)和保養(yǎng)、操作錯誤等。根據(jù)對上述采購、檢驗、倉儲、安裝等環(huán)節(jié)的調(diào)查，以及彈簧失效分析的結(jié)果，得出結(jié)論如下:1)）噴油器零件的制造以及噴油器裝配時未出現(xiàn)異常。從噴油器設(shè)計結(jié)構(gòu)以及出廠試驗結(jié)果來看，可以排除噴油器內(nèi)部零件位置不正，使彈黃受到側(cè)問男切刀力，導(dǎo)致噴油器彈簧在使用后發(fā)生斷裂的情況。2）從失效分析斷口的形貌來看，斷裂裂紋起始于內(nèi)側(cè)表面凹坑缺陷處，在裂紋源附近外表面也存在分散分布的凹坑。斷口疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)較小，80%以上區(qū)域為快速斷裂，說明裂紋源處早期疲勞裂紋萌生后裂紋擴(kuò)展速度較快，為低周疲勞斷裂。3）根據(jù)金相組織分析可知，在局部表面存在脫碳現(xiàn)象，脫碳區(qū)域存在高溫氧化形成的凹坑，凹坑內(nèi)部填充滿氧化物，在凹坑兩側(cè)存在由于高溫形成的氧化黑點。4）綜合分析推斷，樣品主要是由于內(nèi)側(cè)表面存在0.1mm深度的凹坑缺陷，引起應(yīng)力集中現(xiàn)象，使用過程中在外界循環(huán)交變載荷作用下裂紋在凹坑缺陷底部萌生并發(fā)生快速疲勞斷裂。四、發(fā)現(xiàn)問題及整改措施從彈簧批次排查的情況來看，噴油器中的自制零部件,有船檢要求的進(jìn)口零件批次化管理、記錄工作很完善。針閥偶件、止回閥、噴油器蓋的編號記錄都會完整的記錄到工廠報告和自檢記錄中去，但無船檢要求的進(jìn)口件批次編號記錄存在缺失，這也導(dǎo)致無法準(zhǔn)確追溯具體涉及臺份。因此，目前只能通過進(jìn)出庫時間、擴(kuò)大檢查范圍等方法來鎖定問題批次4，后續(xù)要求有:1）細(xì)化批次化管理要求，在安裝記錄中增加進(jìn)口件編號記錄要求，相關(guān)記錄需在最終的工廠報告中體現(xiàn)。2）舉一反三，對HCU組件中的進(jìn)口件進(jìn)行排查，檢查批次化管理、編號記錄中是否有類似問題，并按上述要求一并整改。3）加強彈簧的入庫檢驗，在原先外觀、尺寸、負(fù)荷檢測的基礎(chǔ)上,細(xì)化外觀檢查要求,確保彈簧表面無毛刺、折疊、裂紋、擦傷、點蝕等宏觀缺陷。4）對每批次彈簧抽檢1件進(jìn)行金相、硬度等理化檢測，合格后才能入庫使用。五、結(jié)語船舶主機噴油器彈簧斷裂的原因主要集中在彈簧生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的表面凹痕缺陷，以及彈簧材料本身存在的冶金缺陷