摘要：通过对某发电厂5、6号发电机静子线棒（包括矩形铜管及扁铜条）断裂试样的断口宏观及扫描电镜观察、化学成分、断口表面能谱成分、金相组织等检验结果进行分析，认为该线棒断裂原因为腐蚀疲劳。
关键词：发电机静子；线棒；断口分析；腐蚀疲劳

Abstract：Throughvisualandscanningelectronmicroscopicinspectionsandanalysesofchemical,fracturesurfaceenergyspectrumandmetallurgicanalysisresultsofstatorwindingbarsample(includingrectanglecoppertubeandflatcopperbar)ofgeneratorsNos.5and6inCangzhoupowerplant,itcomestoaconclusionthatthefractureiscausedbycorrosionfatigue.
Keywords：generatorstator;windingbar;fractureanalysis;corrosionfatigue

某发电厂5、6号发电机系原苏联20世纪50年代设计产品，型号为TBB2002A，容量200MW，于1979年投运，至2002年底累计运行约160000h。自1993年开始5、6号发电机曾4次出现两端部铁心松动、过热及断齿现象，后又发现静子线棒有松动磨损现象。2002年对6号发电机做二倍频测量，各槽线棒的固有振动频率均发生了变化。2002年8月，6号发电机发生运行中静子线棒汽侧渐开线鼻部近集水盒R弯处导线断裂漏水事故，停机转检修进行了更换线棒处理。线棒宏观裂纹形貌见图1。经检查，宏观可见7根线棒断裂，以下对断裂线棒进行失效原因分析。

1材料鉴定

1.1材质成分分析

对断裂线棒没有腐蚀部位成分进行化学分析和气体分析，结果见表1。经分析证明线棒材质不存在质量问题。

1.2机械性能

对发电机线棒进行室温机械性能试验，试验结果平均值为：矩形铜管抗拉强度Rm=235MPa，延伸率A＝52.5％；扁铜条抗拉强度Rm=235MPa，延伸率A＝60.5％。这些性能指标符合标准要求。

1.3金相组织

该铜棒金相组织为孪晶奥氏体，矩形铜管内壁有腐蚀情况发生，可见内壁腐蚀凹坑，腐蚀由内壁向外壁沿晶界发展，晶界已经明显粗化，形成裂纹。腐蚀大部分沿晶界发展，少量穿晶。线棒金相组织及内壁微观裂纹见图2。

2断口分析

2.1宏观分析

矩形铜管及扁铜条均沿其横向发生断裂，断裂位置在静子线棒汽侧渐开线鼻部近集水盒R弯处沿线棒轴向20mm范围内。将裂纹打开后观察，断口较平齐且呈暗黑色，均为陈旧性断口，断口上有沉积物。线棒断口沉积物形貌见图3。

2.2微观分析

对矩形铜管及扁铜条断口进行扫描电镜分析，观察可见明显的腐蚀疲劳断口特征，断口被腐蚀产物所覆盖。腐蚀产物去除后，矩形铜管断口上存在许多腐蚀坑和腐蚀疲劳断裂的特征，断口表面有许多细沟线（图4），经分析认为这是由交变应力作用下形成的滑移台阶经腐蚀后形成的。扁铜条断口外缘有向内发展的同心弧线条纹花样称年轮条纹，为疲劳裂纹扩展区的形貌特征。

2.3表面能谱分析

经能谱分析发现矩形铜管及扁铜条断口表面沉积物含有大量的Cu、Fe，中量的S，少量的Cl、P等腐蚀性物质，还有Si、Ca、Al、Mg等元素，这些元素一般以氧化物或碳酸化合物的形式存在。断口表面能谱分析见图5。

3分析及结论

a.静子线棒材料鉴定未见异常。
b.发电机静子线棒松动，使各槽线棒的固有振动频率均发生变化而引起部分线棒共振，造成线棒承受较大的周期循环应力。
c.静子线棒汽侧渐开线鼻部近集水盒R弯处导线由于加工时弯曲变形，使该处导线受弯曲力作用且导线外圆部分受拉应力；裂纹产生部位是焊接区与非焊接区的交界处，所以此处又是焊接热影响区，该区域残余应力较大。另外该部位导线由于绑扎受到约束，因此，较大的周期循环应力集中作用于导线R弯处。
d.扁铜管内腐蚀产物中S、Cl和P等腐蚀性物质长期作用于铜管内壁，在管内壁形成腐蚀坑。在腐蚀和周期循环应力作用下，在腐蚀坑处形成微裂纹，逐步向外发展形成宏观裂纹，最后贯穿整个管壁，造成扁铜管开裂泄漏。
e.腐蚀性物质S、Cl等应为冷却水带进来的，水冷器有微漏处，运行过程中不断有少量循环水被带入机冷水中。
f.扁铜管内壁覆盖的含多种物质的腐蚀产物，特别是含有Cu、Fe的腐蚀产物，在磁场作用下易沉积，沉积物堵塞水流可造成发电机定子严重烧损事故，这也是不容忽视的一个重要问题。(

来源：佳工机电网