大型風(fēng)機(jī)葉輪損毀事故原因分析*

黃建華

（廣東省機(jī)械研究所有限公司，廣州 510700）

0 引言

木材干燥是木制品在生產(chǎn)過程中的一個(gè)重要工序。離心式風(fēng)機(jī)作為風(fēng)機(jī)中使用最廣的類型，廣泛應(yīng)用于木材加工的干燥系統(tǒng)當(dāng)中。生產(chǎn)時(shí)，風(fēng)機(jī)長期處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，只有保持風(fēng)機(jī)穩(wěn)定、安全地運(yùn)行，才能保證生產(chǎn)穩(wěn)定[1]。而葉輪作為離心風(fēng)機(jī)的心臟[2]，其質(zhì)量的可靠性又對風(fēng)機(jī)乃至整個(gè)系統(tǒng)起著關(guān)鍵的作用。

某木材加工廠在對廠內(nèi)的大型干燥風(fēng)機(jī)系統(tǒng)檢修后，準(zhǔn)備對長期使用的干燥風(fēng)機(jī)內(nèi)的葉輪進(jìn)行更換?？紤]節(jié)約成本，該廠并未直接聯(lián)系該風(fēng)機(jī)的原生產(chǎn)廠家進(jìn)行訂購葉輪，而是委托了一家其他設(shè)備的小型供應(yīng)商，依據(jù)原圖紙進(jìn)行生產(chǎn)制造葉輪，如圖1所示。根據(jù)圖紙要求，葉輪為離心式，型號為“4-73-26.5右葉”，輪盤直徑為φ2 650 mm，葉輪直徑為φ2 630 mm，葉輪材質(zhì)為16 Mn，葉片數(shù)量為12片，技術(shù)參數(shù)要求：流量61 000 m3/h、壓力50 000 Pa。

將該供應(yīng)商生產(chǎn)制造的葉輪安裝到干燥風(fēng)機(jī)內(nèi)，進(jìn)行試機(jī)運(yùn)行，僅20 min后就發(fā)生了葉輪爆炸事故。葉輪整體被完全撕裂，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重?fù)p毀，飛出的碎片導(dǎo)致附近的成品倉庫、機(jī)修車間、油爐車間等出現(xiàn)多處損壞，同時(shí)造成1人在事故中受傷。

圖1 葉輪外觀

經(jīng)檢查，所有的安裝過程、試機(jī)工況、程序均未發(fā)現(xiàn)異常。試機(jī)啟動(dòng)時(shí)，葉輪與蝸殼間隙合適，無摩擦現(xiàn)象且未發(fā)出明顯異響，風(fēng)機(jī)壓力緩慢增加，亦無其他外物進(jìn)入風(fēng)道內(nèi)。查驗(yàn)葉輪出廠報(bào)告，顯示其已做動(dòng)平衡。初步確認(rèn)，事故發(fā)生的原因是由于葉輪的質(zhì)量造成。

本文根據(jù)圖紙與相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，對葉輪的材質(zhì)、制造工藝、焊接質(zhì)量等進(jìn)行詳細(xì)檢驗(yàn)，最終分析得出事故發(fā)生的根本原因。

1 葉輪檢驗(yàn)

1.1 勘驗(yàn)情況

事故發(fā)生后，將葉輪從干燥風(fēng)機(jī)系統(tǒng)上拆下，可以看到葉輪的12個(gè)葉片、加強(qiáng)筋板、輪蓋均已全部從輪盤上脫落，輪蓋、葉片已嚴(yán)重扭曲變形；葉片與輪盤完全撕裂分開，均已從焊縫處脫落；但輪盤中間的軸盤和螺栓聯(lián)接處結(jié)構(gòu)完好，如圖2所示。

圖2 發(fā)生事故后的葉輪輪盤

對該葉輪進(jìn)行仔細(xì)勘驗(yàn)，數(shù)據(jù)如下。

（1）實(shí)測輪盤直徑2 680 mm，拼接鋼板厚度約18 mm，葉片厚度約8 mm。

（2）輪盤由4塊鋼板拼接而成，4條拼接雙面焊焊縫清晰可見，其中2條成弧形（如圖3所示，對接縫2、3），輪盤中間的大鋼板原為一體，不知何因割出一塊圓形區(qū)域，后又經(jīng)焊接合在一起，說明制造時(shí)存在使用廢鋼板制作輪盤的可能。另外2條拼縫（對接縫1、4）較為平直，一塊邊沿拼接板已完全脫離輪盤，撕裂后的對接縫長度為1 630 mm。

圖3 葉輪輪盤

（3）查看輪盤斷裂處的拼接焊縫，發(fā)現(xiàn)母材邊沿整齊，機(jī)加工的痕跡清晰可見，如圖4所示。說明焊前母材未開切坡口，焊縫處可見明顯未熔合、根部未焊透等缺陷。4條對接縫與葉片角焊縫相交的位置處，可以明顯看到未開坡口、未焊接的對接板縫隙，如圖5所示，即有葉片蓋過的拼接位置，拼接處均出現(xiàn)未焊接現(xiàn)象，共計(jì)6處。

圖4 母材邊沿整齊

圖5 未焊接現(xiàn)象

（4）輪盤上可見葉片角焊縫12個(gè)（圖3中①～?），葉片已經(jīng)全部脫離。檢查焊縫外觀，發(fā)現(xiàn)大部分?jǐn)嗔烟幒缚p邊沿整齊，可見明顯條狀?yuàn)A渣（長度大于96 mm）、氣孔（最大氣孔直徑大于φ6 mm）、未熔合、未焊透等缺陷。

（5）葉片及其加強(qiáng)筋、輪蓋等已扭曲成一團(tuán)，完全撕裂變形。12個(gè)葉片中部焊接有環(huán)形加強(qiáng)筋板，該加強(qiáng)筋厚度約為14 mm。葉片與加強(qiáng)筋的T型角焊縫處未見開切坡口，可見明顯脫焊、撕裂嚴(yán)重，個(gè)別位置可見長度120 mm的條狀?yuàn)A渣；葉片頭部焊有一根直徑約φ40 mm的桿件，葉片與桿件焊縫處撕裂嚴(yán)重。葉片與輪盤的焊縫斷口處，母材機(jī)加工痕跡清晰可見，大部分焊縫熔深不足，實(shí)測部分角焊縫焊腳厚度不足4 mm。

（6）輪盤背部設(shè)有12條徑向加強(qiáng)筋，其厚度約為10 mm。

（7）輪盤上有焊接配重塊，說明葉輪曾經(jīng)做過平衡校驗(yàn)。

（8）輪轂與輪盤采用32個(gè)螺栓連接固定，未發(fā)生損壞。

1.2 材質(zhì)分析

對輪盤及葉片分別進(jìn)行取樣切割，進(jìn)行材質(zhì)化驗(yàn)分析以及焊縫剖面檢查。剖開后的焊縫剖面可見母材未開切坡口，焊縫多處存在未熔合、未焊透等缺陷，與1.1節(jié)勘驗(yàn)情況（3）一致。

輪盤和葉片的化學(xué)成分分析結(jié)果如表1所示。GB/T 1591-1988《低合金結(jié)構(gòu)鋼》中16Mn要求的元素Mn含量為1.20%～1.60%[3]，而輪盤和葉片材料中的元素Mn含量僅為0.33%和0.36%，低于標(biāo)準(zhǔn)的要求。

表1 化學(xué)分析結(jié)果%

現(xiàn)場實(shí)測輪盤厚度約為18 mm，與圖紙標(biāo)稱尺寸22 mm不符。

1.3 輪盤的拼接

根據(jù)JB/T 10214—2000《通風(fēng)機(jī)鉚焊技術(shù)條件》5.1.1要求，葉輪輪盤與輪蓋允許拼接塊數(shù)不得超過表2的規(guī)定[4]。根據(jù)現(xiàn)場勘查結(jié)果，該葉輪輪盤實(shí)際由4塊鋼板拼接而成，這顯然與標(biāo)準(zhǔn)要求不符。

表2 輪盤允許拼接的塊數(shù)

1.4 焊接坡口

根據(jù)JB/T 10214—2000《通風(fēng)機(jī)鉚焊技術(shù)條件》5.1.2要求：輪盤或輪蓋拼接處的坡口形式按表3的規(guī)定；以及JB/T 10213—2000《通風(fēng)機(jī)焊接質(zhì)量檢驗(yàn)技術(shù)條件》中3.1.1要求：焊縫坡口的基本形式與尺寸應(yīng)符合GB/T 985、GB/T 986的規(guī)定、設(shè)計(jì)圖樣和工藝文件的要求[5]。查看GB/T 985.1—2008中6.2雙面對接焊坡口要求，對于母材厚度為18～22 mm的對接焊，坡口形式有V形、雙V形、U形、雙U形、單邊V形、K形、J形等，說明對于該厚度范圍的母材焊接時(shí)均應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)要求開切坡口[6]。

表3 拼接處的坡口形式

而現(xiàn)場勘查結(jié)果，輪盤厚度實(shí)測為18 mm，葉輪輪盤拼接時(shí)的對接焊縫處無坡口，未按表3中料厚大于12 mm的情形開切雙面V形坡口，明顯不符合標(biāo)準(zhǔn)JB/T 10214—2000中5.1.2和JB/T 10213—2000中3.1.1的要求。

1.5 焊接質(zhì)量

根據(jù)JB/T 10213—2000《通風(fēng)機(jī)焊接質(zhì)量檢驗(yàn)技術(shù)條件》中；條款3.2.2，要求焊縫內(nèi)部不允許有裂紋、未熔合和未焊透等缺陷；條款3.2.3，要求焊縫內(nèi)的圓形缺陷（長寬比小于或等于3的缺陷定義為圓形缺陷）不得超過表4的規(guī)定，其中，缺陷點(diǎn)數(shù)按表5換算；條款3.2.5，要求焊縫內(nèi)的條狀?yuàn)A渣（長寬比大于3的夾渣定義為條狀?yuàn)A渣），單個(gè)條狀?yuàn)A渣長度及其總長應(yīng)不超過表6的規(guī)定；條款3.1.3.3，要求角焊縫焊腳厚度T必須大于或等于0.7δ1（δ1為薄板厚度）。

表4 圓形缺陷質(zhì)量規(guī)定

表5 缺陷點(diǎn)數(shù)換算表

表6 條狀?yuàn)A渣質(zhì)量規(guī)定

勘查撕裂后的對接縫1，明顯可見焊縫未開切坡口，雙面焊熔深不足，導(dǎo)致整條焊縫出現(xiàn)根部未焊透缺陷；對其他部位焊縫部位切割取樣后檢測焊縫剖面，發(fā)現(xiàn)焊縫中多處存在超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍內(nèi)的氣孔（最大φ7 mm）與夾渣（最大長度120 mm）、根部未熔合、未焊透等缺陷，不符合JB/T 10213—2000中3.2.2、3.2.3、3.2.5條款要求。

勘查葉片—輪盤的T接角焊縫，焊接工藝參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，導(dǎo)致熔深不足，實(shí)測角焊縫焊腳厚度T不足4 mm，小于0.7δ1（即5.6 mm，此處葉片厚度δ1=8 mm），不符合JB/T 10213—2000中3.1.3.3條款要求。

如圖3所示，對接縫1與編號為10、11、12的葉片相交部位、對接縫3與編號為3的葉片相交部位、對接縫4與編號為4、5的葉片相交部位，母材拼接部位的縫隙仍清晰可見，共6處出現(xiàn)單面未焊接現(xiàn)象，輪盤的拼接焊縫與葉片—輪盤的T接角焊縫施焊順序混亂，焊接工藝不合理造成漏焊接。

2 原因分析

根據(jù)以上檢驗(yàn)結(jié)果，原因分析如下。

（1）葉輪輪盤厚度與設(shè)計(jì)圖紙不符，材料中Mn元素含量偏低。

（2）輪盤厚度僅為18 mm，與圖紙標(biāo)稱尺寸22 mm不符。

（3）葉輪輪盤的拼接不符合JB/T 10213-2000《通風(fēng)機(jī)焊接質(zhì)量檢驗(yàn)技術(shù)條件》中5.1.1的要求。

（4）葉輪輪盤焊接未按要求開切坡口，多處焊縫存在超標(biāo)氣孔和夾渣、未熔合、未焊透等缺陷，部分對接焊縫存在未焊接現(xiàn)象，葉片-輪盤角焊縫熔深不足、焊腳高度過小，不符合合同以及JB/T 10213-2000《通風(fēng)機(jī)焊接質(zhì)量檢驗(yàn)技術(shù)條件》、JB/T 10214-2000《通風(fēng)機(jī)鉚焊技術(shù)條件》的相關(guān)要求。

綜上所述，該供應(yīng)商生產(chǎn)制造的葉輪，材質(zhì)與厚度均不滿足圖紙要求；輪盤的拼接采用殘次品鋼板，不滿足有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求；葉輪焊接制造存在超標(biāo)氣孔、夾渣、以及未熔合、未焊透、未開坡口、未焊接等致命缺陷。在風(fēng)機(jī)安裝后試運(yùn)行時(shí)，缺陷部位應(yīng)力集中，導(dǎo)致對接縫1和12個(gè)葉片與輪盤焊接處全部產(chǎn)生斷裂撕開，失穩(wěn)后甩出并損壞風(fēng)機(jī)殼等部件。斷裂面無明顯塑性變形，斷口全部位于焊縫部位，為脆性斷裂失效。斷裂面氣孔、夾渣、未熔合、未焊透等缺陷清晰可見。由此說明，供應(yīng)商未按圖紙及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行生產(chǎn)制造葉輪，尤其是葉輪的焊接制造存在嚴(yán)重質(zhì)量問題，是導(dǎo)致此次事故發(fā)生的根本原因。

3 結(jié)束語

本文分析了一起因制造質(zhì)量問題引起的大型風(fēng)機(jī)葉輪損毀事故，通過分析，暴露出了供應(yīng)商粗制濫造，未按規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的工藝和質(zhì)量進(jìn)行生產(chǎn)，完全沒有重視質(zhì)量安全的問題，是質(zhì)量管理不到位引發(fā)的責(zé)任事故。不能因降低成本而忽視對產(chǎn)品質(zhì)量的把控，甚至導(dǎo)致事故的發(fā)生，造成了更大的損失。對于采購方，采購時(shí)應(yīng)對供應(yīng)商進(jìn)行認(rèn)真評審，確保其有能力、有資質(zhì)進(jìn)行產(chǎn)品供貨；對于外購的關(guān)鍵零部件進(jìn)廠后，應(yīng)進(jìn)行合格檢驗(yàn)后方能安裝使用，從根本上避免類似事故發(fā)生。