Отказивање због замора је један од најчешћих начина квара механичких компоненти. Статистички подаци показују да се 50% до 80% свих кварова механичких делова приписује оштећењу од замора. Пре лома услед замора, компоненте обично не показују очигледне пластичне деформације или знакове пре{4}}слома. Ипак, лом услед замора се дешава нагло и деструктивно, што често доводи до озбиљних кварова на опреми и безбедносних незгода. Оштећење услед замора прати специфичне законе иницијације и пропагације и на крају се развија у потпуни прелом од замора.
Дефиниција умора: Замор метала се односи на континуирано погоршање механичких својстава металних материјала под понављаним цикличним дејством наизменичног напрезања или деформације.
Дефиниција фрактуре замора: Када су метални материјали изложени дуготрајном-цикличном наизменичном напрезању и напрезању, долази до локалних микроструктурних промена и непрекидног ширења унутрашњих дефеката, што доводи до деградације механичких својстава и коначног потпуног лома компоненти. Овај процес квара се дефинише као лом услед замора. Напон који изазива лом услед замора је генерално далеко нижи од границе статичке чврстоће материјала. Заморни прелом карактерише изненадна појава, висока локализација и висока осетљивост на површинске и унутрашње дефекте.
1. Макроскопска морфолошка анализа површине прелома
Предмет истраживања овог случаја је сломљени вијак који се користи у опреми ветротурбина. Макроскопске морфолошке карактеристике површине прелома анализирају се на следећи начин:
1. Доња лева и десна страна површине прелома имају неправилне конкавне и конвексне морфологије. На левој страни је приказан конвексни зарез-у облику лука, док је десна страна распоређена са више ситних назубљених зареза. Доњи лук прелома формира оштру резну ивицу.
2. Велика централна област лома служи као подручје ширења пукотине, прекривена јасним ознакама плаже, које су типичне макроскопске карактеристике лома услед замора.
3. Уочавају се трагови рђе на површини лома у зони настанка пукотине и на зони ширења трагова плаже, узроковани дуготрајним-излагањем спољашњем окружењу.
4. Зона тренутног лома представља широку и фину усну смицања са глатком и светлом површином лома без рђе. Ово указује да је коначни прелом настао брзо и да припада дуктилном тренутном лому.
5. Доња дршка сломљеног клина има глатку и светлу површину са очигледним траговима трења, формирајући глатку површину лука насталу дуготрајним-поновљеним трењем.
6. На месту лома нема очигледних грлића или деформација, што искључује могућност затезног лома од преоптерећења.
2. Макроскопска анализа механизма отказа
1. Пукотине почињу на доњој странистуд болт. Глатка резна ивица, назубљени зарези и зазори у облику лука-на доњој дршци формирају регионе концентрације напона, који су изворни извори настанка пукотина.
2. Карактеристике ознаке плаже у зони ширења пукотине су истакнуте. У почетној фази размножавања, размак међу ознакама плаже је мали, што указује на стабилан и спор раст пукотине под цикличним тангенцијалним напрезањем. У каснијој фази ширења, размак се значајно повећава, показујући убрзано ширење прслине и растући ризик од лома.
3. Широка, фина и светла усна на смицање у зони тренутног лома показује типичне карактеристике дуктилног лома, што доказује да сворњак поседује добро-подударну чврстоћу и жилавост са одличним свеобухватним механичким својствима.
4. Глатка лучна површина на страни сворњака је типична морфологија трења. То указује на то да је клин издржао дуготрајно-бочно наизменично напрезање, непрекидно се кретао током рада и стварао поновљено трење и екструзију са зидом рупе зупчаника, формирајући на крају углачану глатку површину.
Макроскопски закључак: Прелом клипа је типичан прелом замора при савијању. Зона тренутног лома представља повољне карактеристике дуктилног лома без карактеристика кртог лома.
3. Микроскопска морфолошка анализа
Да би се даље разјаснио механизам лома, извршена је микроскопска детекција скенирајућим електронским микроскопом (СЕМ) на узорку лома да би се уочиле микроструктурне карактеристике различитих региона лома.
1. СЕМ посматрање открива јасне и правилне пруге замора у зони ширења прслине, које су основне микроскопске карактеристике лома метала од замора и добро кореспондирају са макроскопским ознакама плаже, потврђујући квар замора.
2. Уочен је велики број равномерно распоређених удубљења на СЕМ сликама, које су типичне микроскопске манифестације одличне жилавости материјала. Ово одговара широкој смичућој ивици у зони макроскопског прелома и потврђује разумну координацију снаге и пластичности клина.
3. На целој површини прелома није пронађена морфологија прелома велике{1}}површине. Само мала количина квази{3}}обележја цепања се појављује у локалним областима, наизменично са рупицама. Ово указује на то да материјал има ниску ломљивост и оптимално подударање снаге и жилавости.
Микроскопски закључак: Оригинална површинастудзадржава трагове алата за стругање са великом храпавошћу површине, формирајући подручја слабе концентрације напона. Током рада опреме, клин носи континуирано наизменично тангенцијално напрезање савијања, а површински трагови алата се полирају у глатку површину лука понављаним трењем. Под дуготрајним-високофреквентним повратним савијањем, сударом и трењем са високом фреквенцијом, микропукотине првенствено настају на грубим површинским дефектима и формирају изворе замора. Уз континуирано дејство наизменичних оптерећења, пукотине се постепено шире и на крају доводе до лома замора савијања у великом циклусу-. Макроскопске и микроскопске морфолошке карактеристике су веома конзистентне, што доказује да је изненадни прелом узрокован нагомиланим оштећењем замора при савијању.
4. Истраживање-на лицу места и анализа радних услова
Да би се повратило стварно радно стање квара, оба-увиђаја су обављена на локацији ветротурбине. Релевантне информације укључујући трајање рада опреме, процес монтаже, положај уградње, морфологију лома и записе о одржавању су верификоване да би се разјаснили услови квара.
Више од тридесет ветротурбина од 1,5 МВ ради више од три године, а само један клин је поломљен, што је појединачни случај квара. На-инспекција на лицу места показује да је сломљени клин уграђен са позиционом девијацијом. Једна страна дршке је уско пристајала на чеону површину отвора за зупчаник без икаквог зазора, док је друга страна имала велики монтажни зазор. Одступање у инсталацији довело је до тога да се клин непрекидно савија и помера при раду турбине, стварајући дуготрајна-наизменична бочна оптерећења и изазивајући потенцијалне ризике квара од замора.
Уско постављена страна клина је била без отвора и недоступна алатима, што је доказало да је овај положај издржао изузетно велико циклично тангенцијално напрезање и да је проузроковао велике потешкоће у каснијој демонтажи. Под непрекидним аксијалним вертикалним наизменичним напрезањем, страна клина која је пристајала зиду рупе доживела је поновљено савијање, удар и трење са рупом зупчаника. Оригинални трагови скретања су потпуно истрошени, формирајући као огледало-глатку површину лука са очигледним карактеристикама трења.
Ветротурбина ради при брзини ротације од 17 о/мин током 15 сати дневно, стварајући приближно 15.300 циклуса дневно. Укупни оперативни циклуси достижу 2,8×10⁶ у року од пола године и 2,0×10⁷ у року од три и по године. Сворњак се љуља у оквиру мале амплитуде од око 4 мм са малом амплитудом напрезања и ниским укупним нивоом напрезања, што припада типичним радним условима са ниским-напоном и високим-циклусним замором. Лом је изазван дуготрајним-акумулираним замором при савијању под наизменичним бочним оптерећењима, што је типичан случај лома замора при савијању.
5. Свеобухватан резиме
1. Режим квара клина је потврђен као лом услед замора при савијању, а не као лом од преоптерећења, крхки лом или лом узрокован дефектима материјала.
2. Основни узрок квара је неправилан процес склапања. Позиционо одступање доводи до једностраног блиског приањања клина са отвором за зупчаник, што резултира сталним наизменичним тангенцијалним напрезањем савијања. Оштећење од замора се континуирано акумулира током рада опреме високог{3}}циклуса и на крају узрокује лом од замора при савијању.
