振動分析儀之裂紋的產生、增長和斷裂

     轉子彎曲往往會在軸的外表面產生*大應力，轉子裂紋通常始于外表面或外表面附近。起因于振動分析儀鍋爐擾動的淬火或熱沖擊，也會導致蒸汽渦輪機轉子表面出現(xiàn)裂紋。但是，轉子的迅速受熱會在轉子中心或中心孔表面產生較高的拉伸應力。有時，振動分析儀由于轉子剛柸存在化學或其它加工問題，轉子在突入使用前，內部可能已經存在微小裂紋。

     如果循環(huán)應力足夠大，裂紋前沿（裂紋**）會逐漸擴散，使裂紋平面與拉升應力場的方向垂直。此應力場的方向受應力類型（彎曲或扭曲）和幾何因素影響。如果轉子只受簡單的彎曲應力影響，則振動分析儀應力場方向為轉子長軸方向，并且裂紋會直接擴散至轉子截面，形成橫向裂紋。

     純扭轉應力會產生方向與轉子軸成45度角的拉升應力場。此振動分析儀應力場中的裂紋會擴散至轉子，往往會在軸表面形成螺旋狀裂紋。在大多數(shù)轉子系統(tǒng)中，應力場由彎曲應力和扭轉應力混合而成。彎曲應力通常是主導力量，因此振動分析儀裂紋經常會或多或少地以橫向裂紋形式擴散至轉子，但也可能出現(xiàn)其它幾何形狀的裂紋。振動分析儀在典型的高度疲勞情況下，零件約90%的使用壽命都消耗在產生和增長微小裂紋上。在此期間，裂紋要么不存在，要么及其微小，并且擴散速度極慢。

     隨著裂紋達到可測量的大小，裂紋進入**個增長階段。振動分析儀在零件*后10%的使用壽命中，雖然裂紋的增長率迅速提高，但軸材料仍足以克服靜態(tài)和動態(tài)載荷。因此在處于運行狀態(tài)的機器中，必須在這一相對較短的時間段診斷出裂紋。振動分析儀裂紋擴散的*后一個階段是極速破壞。隨著裂紋增長，振動分析儀能夠沿軸傳遞載荷的可用材料越來越少，而剩余軸材料承受的局部應力越來越大。振動分析儀在達到某一時刻，即剩余橫截面變得極小以致在施加下一載荷時，局部應力強度超出了剩余材料的強度。從而使剩余截面發(fā)生脆性斷裂，*終導致轉子斷裂。

    斷裂韌性是材料抵抗快速斷裂的一種度量，取決于合金，熱處理、材料溫度和載荷施加速率。材料的斷裂韌性越高，材料能夠承受的應力強度越大，而不發(fā)生斷裂。此外，振動分析儀在轉子溫度高于韌脆轉變（無延性）溫度（對于大多數(shù)轉子鋼，接近或高于室溫）時，剛的斷裂韌性更高。冷轉子可能低于韌脆轉變溫度且斷裂韌性較低，這正是振動分析儀為何必須格外小心地加熱蒸汽渦輪機轉子的原因之一。低于自身韌脆轉變溫度的轉子斷裂韌性較低，因此受到熱沖擊時更容易發(fā)生破壞。

  轉子軸通常由在工作溫度下具有較高斷裂韌性的材料制成。振動分析儀在轉子軸裂紋面積超過軸橫向截面積的90%后，軸*終才會斷裂，但這不是**的決定因素。振動分析儀在處于運行狀態(tài)的機器中，確定裂紋大小并非易事，因此在懷疑存在軸裂紋時，機器均應盡快關機。