挤出机螺杆断裂原因.docx
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挤出机螺杆断裂原因
堆焊焊剂
挤出机螺杆断裂原因
单螺杆挤出机是在加热料筒中装一根转动的螺杆，料筒外部份区设有加热和冷却装置，一端有径向加料口，另一端轴向与机头相连。
螺杆是挤出机的关键部件。
单螺杆挤出机主要技术参数是螺杆直径、长径比（螺杆长度与直径之比）、螺杆转速范围、驱动电机功率、料筒加热功率和机械生产能力。
螺杆直径决定挤出机的生产能力和制品允许最大截面。
不同物料要求不同几何形状的螺杆和长径比。
现代塑料挤出机普遍采用组合型螺杆、分派混合型螺杆，和在螺杆上加屏障物或销钉等，以改善塑化，提高生产能力和产品质量。
螺杆和机筒这两个零件的组合质量，对物料的塑化、制品的质量和生产效率，都有重要影响。
它们的质量与两个零件的制造精度、装配间隙有关。
当两零件磨损严峻、挤出机的产量下降时，就应该安排对螺杆、机筒的维修。
1
1螺杆运行情形
螺杆挤出聚酯薄膜生产情形
该设备生产双向拉伸聚酯薄膜，原料按必然比例充分混合后，送到挤出机料筒，原料在料筒加热和螺杆挤压下塑化，在螺杆作用下持续混合挤出。
螺杆运行参数
螺杆运行速度为30～100r/min；螺杆运行温度为270～290℃；螺杆运行挤出压力为0～18MPa；螺杆挤出原料为聚酯切片等等。
螺杆运行载荷分析
聚酯薄膜挤出机螺杆的原理是将颗粒状切片在螺旋槽内均匀混合，通过料筒加热和螺杆剪切把聚酯切片塑化，最后把混合和塑化均匀的物料往模具挤出成型。
螺杆温度为270～290℃，考虑到加热温度较低，热应变忽略不计。
螺杆向内异向旋转，在生产螺杆的受力情形下，挤出机在每一次启动进程中，由于前一次留在螺旋槽内的剩余物料在合理工艺温度下硬度较大，需要较大的启动力矩才能使螺杆运转起来。
另外，螺杆表面有明显凹坑，螺棱顶部的合金层也有伤痕，说明原料含有硬质杂物使螺杆运转条件恶化。
综上所述，螺杆是在较高的负荷应力下运转，但运转速度较低，故它是在高应力和较低的交变频率作用下运行。
每一次启动运行都会产生必然量的塑性应变。
螺杆每一次受到硬物阻碍也会产生必然塑性变形，这种塑性变形对螺杆的损害要比启动时严峻得多，再加上由于螺杆长时刻受到挤压、摩擦造成的塑性应变，在反复塑性应变作用下，螺杆内部损伤积累到必然程度便形成裂纹，当裂纹扩展到临界尺寸，螺杆剩余断面不足以经受螺杆运转负荷时，裂纹失稳扩展致使突然脆性断裂。
2
二、挤出机螺杆断裂的原因分析
螺杆宏观断口原因分析
从宏观断口形貌分析，螺杆断裂属低周疲劳破坏。
断面上可明显看到有三个区域：
疲劳裂纹源；疲劳裂纹扩展区；瞬时断裂区。
疲劳裂纹源可发生在应力集中的螺杆齿根、表面龟裂处和内部夹杂物处。
螺杆疲劳裂纹源很小，是疲劳裂纹的核心区。
从照片可清楚看到，螺杆疲劳裂纹在螺杆根部应力集中处，缺点螺杆根部周长度为12mm，轴向的宽度达3mm，深度大于2mm，总面超过20mm2，但不到断口面积的10%。
渗氮硬化层龟裂。
疲劳裂纹在该区缓慢扩展，最初断口表面由于受到反复交变应力的作用，被摩擦得较为光滑、光亮，然后出现贝壳纹花腔。
贝壳纹大体上垂直于裂纹的扩展方向，向整个空心圆周推动。
壳纹（疲劳弧线）之间的间距大小不等。
在大小不等的交变应力的反复作用下，裂纹扩展进程不持续转变所留下的宏观痕迹，是由挤出机的开车、停车、硬物阻碍螺杆等载荷改变所造成的。
通常疲劳裂纹扩展区面积占断口面积的98%，符合疲劳裂纹的大体特征。
当圆周两边壳纹（疲劳弧线）接近相切，裂纹扩展到净断面的应力达到螺杆的断裂应力时，螺杆被切断。
断面有明显的台阶，这部份的面积约占整个断口面积的1%。
螺杆微观断口原因分析
对螺杆断口的疲劳裂纹扩展区和瞬时断裂区进行扫描电子显微镜形貌分析。
疲劳裂纹扩展区断口微观形貌分析
疲劳裂纹扩展区的整个断面是疲劳裂纹扩展的结果。
通常可清楚地看到疲劳条纹呈方向性持续或断续散布，带台阶的疲劳条纹平行于裂纹前缘而延伸，疲劳条纹垂直于裂纹的扩展方向。
这些都是破坏进程中裂纹扩展的微观痕迹。
一个疲劳条纹对应着一个应力循环。
螺杆断口的疲劳裂纹扩展区的疲劳条纹大体都是脆性条纹，条纹之间的距离相当于一个应力循环扩展的长度。
由断口表面向内部扩展的细小裂纹，称为二次裂纹，二次裂纹由一次裂纹进展成的孔洞缺点。
瞬中断裂区断口微观开貌分析
瞬中断裂区为脆性解理断口，断面上可观点理台阶、河流花腔、解理舌头和二次裂纹，找不到韧窝。
3、挤出机螺杆的修复
扭断的螺杆要按照机筒的实际内径来考虑，按与机筒的正常间隙给出新螺杆的外径误差进行制造。
磨损螺杆直径缩小的螺纹表面经处置后，热喷涂耐磨合金，然后再经磨削加工至尺寸。
这种方式一般有专业喷涂厂加工修复，费用还比较低。
在磨损螺杆的螺纹部份堆焊耐磨合金。
按照螺杆磨损的程度堆焊1～2mm厚，然后磨削加工螺杆至尺寸。
这种耐磨合金由C、Cr、Vi、Co、W和B等材料组成，增加螺杆的抗磨损和耐侵蚀的能力。
专业堆焊厂对这种加工的费用很高，除特殊要求的螺杆，一般很少采用。
修复螺杆也可用表面镀硬铬方式，铬也是耐磨和抗侵蚀的金属，但硬的铬层比较容易脱落。
机筒的内表面硬度高于螺杆，它的损坏要比螺杆来得晚。
机筒的报废就是内径直径由于时刻磨损而增大。
它的修复方式如下：
因磨损增加直径的机筒，若是还有必然的渗氮层时，可把机筒内孔直接进行镗孔，研磨至一个新的直径尺寸，然后按此直径配制新螺杆。
机筒内径经机加工修整从头浇铸合金，厚度在1～2mm间，然后精加工至尺寸。
一般情形下机筒的均化段磨损较快，可将此段（取5～7D长）经镗孔修整，再配一个渗氮合金钢衬套，内孔直径参照螺杆直径，留在正常配合间隙，进行加工配制。
在这里强调一点，螺杆和机筒这两个重要零件，一个是细长的螺纹杆，一个是直径比较小而长的孔，它们的机械加工和热处置工艺都比较复杂，精度的保证都比较困难。
所以，对这两个零件的磨损后是修复仍是改换新件，必然要从经济角度全面分析。
若是修理费用比换新螺杆费用低些，就决定修，这不必然是正确的选择，修理费用与更新费用的比较，只是一个方面。
另外还要看修理费用与修理后利用螺杆时刻与更新费用和更新螺杆使历时刻的比值。
单螺杆挤出机是在加热料筒中装一根转动的螺杆，料筒外部份区设有加热和冷却装置，一端有径向加料口，另一端轴向与机头相连。
螺杆是挤出机的关键部件。
单螺杆挤出机主要技术参数是螺杆直径、长径比（螺杆长度与直径之比）、螺杆转速范围、驱动电机功率、料筒加热功率和机械生产能力。
螺杆直径决定挤出机的生产能力和制品允许最大截面。
不同物料要求不同几何形状的螺杆和长径比。
现代塑料挤出机普遍采用组合型螺杆、分派混合型螺杆，和在螺杆上加屏障物或销钉等，以改善塑化，提高生产能力和产品质量。
螺杆和机筒这两个零件的组合质量，对物料的塑化、制品的质量和生产效率，都有重要影响。
它们的质量与两个零件的制造精度、装配间隙有关。
当两零件磨损严峻、挤出机的产量下降时，就应该安排对螺杆、机筒的维修。
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1螺杆运行情形
螺杆挤出聚酯薄膜生产情形
该设备生产双向拉伸聚酯薄膜，原料按必然比例充分混合后，送到挤出机料筒，原料在料筒加热和螺杆挤压下塑化，在螺杆作用下持续混合挤出。
螺杆运行参数
螺杆运行速度为30～100r/min；螺杆运行温度为270～290℃；螺杆运行挤出压力为0～18MPa；螺杆挤出原料为聚酯切片等等。
螺杆运行载荷分析
聚酯薄膜挤出机螺杆的原理是将颗粒状切片在螺旋槽内均匀混合，通过料筒加热和螺杆剪切把聚酯切片塑化，最后把混合和塑化均匀的物料往模具挤出成型。
螺杆温度为270～290℃，考虑到加热温度较低，热应变忽略不计。
螺杆向内异向旋转，在生产螺杆的受力情形下，挤出机在每一次启动进程中，由于前一次留在螺旋槽内的剩余物料在合理工艺温度下硬度较大，需要较大的启动力矩才能使螺杆运转起来。
另外，螺杆表面有明显凹坑，螺棱顶部的合金层也有伤痕，说明原料含有硬质杂物使螺杆运转条件恶化。
综上所述，螺杆是在较高的负荷应力下运转，但运转速度较低，故它是在高应力和较低的交变频率作用下运行。
每一次启动运行都会产生必然量的塑性应变。
螺杆每一次受到硬物阻碍也会产生必然塑性变形，这种塑性变形对螺杆的损害要比启动时严峻得多，再加上由于螺杆长时刻受到挤压、摩擦造成的塑性应变，在反复塑性应变作用下，螺杆内部损伤积累到必然程度便形成裂纹，当裂纹扩展到临界尺寸，螺杆剩余断面不足以经受螺杆运转负荷时，裂纹失稳扩展致使突然脆性断裂。
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二、挤出机螺杆断裂的原因分析
螺杆宏观断口原因分析
从宏观断口形貌分析，螺杆断裂属低周疲劳破坏。
断面上可明显看到有三个区域：
疲劳裂纹源；疲劳裂纹扩展区；瞬时断裂区。
疲劳裂纹源可发生在应力集中的螺杆齿根、表面龟裂处和内部夹杂物处。
螺杆疲劳裂纹源很小，是疲劳裂纹的核心区。
从照片可清楚看到，螺杆疲劳裂纹在螺杆根部应力集中处，缺点螺杆根部周长度为12mm，轴向的宽度达3mm，深度大于2mm，总面超过20mm2，但不到断口面积的10%。
渗氮硬化层龟裂。
疲劳裂纹在该区缓慢扩展，最初断口表面由于受到反复交变应力的作用，被摩擦得较为光滑、光亮，然后出现贝壳纹花腔。
贝壳纹大体上垂直于裂纹的扩展方向，向整个空心圆周推动。
壳纹（疲劳弧线）之间的间距大小不等。
在大小不等的交变应力的反复作用下，裂纹扩展进程不持续转变所留下的宏观痕迹，是由挤出机的开车、停车、硬物阻碍螺杆等载荷改变所造成的。
通常疲劳裂纹扩展区面积占断口面积的98%，符合疲劳裂纹的大体特征。
当圆周两边壳纹（疲劳弧线）接近相切，裂纹扩展到净断面的应力达到螺杆的断裂应力时，螺杆被切断。
断面有明显的台阶，这部份的面积约占整个断口面积的1%。
螺杆微观断口原因分析
对螺杆断口的疲劳裂纹扩展区和瞬时断裂区进行扫描电子显微镜形貌分析。
疲劳裂纹扩展区断口微观形貌分析
疲劳裂纹扩展区的整个断面是疲劳裂纹扩展的结果。
通常可清楚地看到疲劳条纹呈方向性持续或断续散布，带台阶的疲劳条纹平行于裂纹前缘而延伸，疲劳条纹垂直于裂纹的扩展方向。
这些都是破坏进程中裂纹扩展的微观痕迹。
一个疲劳条纹对应着一个应力循环。
螺杆断口的疲劳裂纹扩展区的疲劳条纹大体都是脆性条纹，条纹之间的距离相当于一个应力循环扩展的长度。
由断口表面向内部扩展的细小裂纹，称为二次裂纹，二次裂纹由一次裂纹进展成的孔洞缺点。
瞬中断裂区断口微观开貌分析
瞬中断裂区为脆性解理断口，断面上可观点理台阶、河流花腔、解理舌头和二次裂纹，找不到韧窝。
3、挤出机螺杆的修复
扭断的螺杆要按照机筒的实际内径来考虑，按与机筒的正常间隙给出新螺杆的外径误差进行制造。
磨损螺杆直径缩小的螺纹表面经处置后，热喷涂耐磨合金，然后再经磨削加工至尺寸。
这种方式一般有专业喷涂厂加工修复，费用还比较低。
在磨损螺杆的螺纹部份堆焊耐磨合金。
按照螺杆磨损的程度堆焊1～2mm厚，然后磨削加工螺杆至尺寸。
这种耐磨合金由C、Cr、Vi、Co、W和B等材料组成，增加螺杆的抗磨损和耐侵蚀的能力。
专业堆焊厂对这种加工的费用很高，除特殊要求的螺杆，一般很少采用。
修复螺杆也可用表面镀硬铬方式，铬也是耐磨和抗侵蚀的金属，但硬的铬层比较容易脱落。
机筒的内表面硬度高于螺杆，它的损坏要比螺杆来得晚。
机筒的报废就是内径直径由于时刻磨损而增大。
它的修复方式如下：
因磨损增加直径的机筒，若是还有必然的渗氮层时，可把机筒内孔直接进行镗孔，研磨至一个新的直径尺寸，然后按此直径配制新螺杆。
机筒内径经机加工修整从头浇铸合金，厚度在1～2mm间，然后精加工至尺寸。
一般情形下机筒的均化段磨损较快，可将此段（取5～7D长）经镗孔修整，再配一个渗氮合金钢衬套，内孔直径参照螺杆直径，留在正常配合间隙，进行加工配制。
在这里强调一点，螺杆和机筒这两个重要零件，一个是细长的螺纹杆，一个是直径比较小而长的孔，它们的机械加工和热处置工艺都比较复杂，精度的保证都比较困难。
所以，对这两个零件的磨损后是修复仍是改换新件，必然要从经济角度全面分析。
若是修理费用比换新螺杆费用低些，就决定修，这不必然是正确的选择，修理费用与更新费用的比较，只是一个方面。
另外还要看修理费用与修理后利用螺杆时刻与更新费用和更新螺杆使历时刻的比值。
不锈钢实芯焊丝既可用惰性气体保护焊（TIG，MIG焊）。
也可用于埋弧焊。
不锈钢MIG焊既可达到高效焊接，又容易实现焊接自动化，普遍用于堆焊及薄板接等领域。
MIG焊用焊丝化学成份与TIG焊丝一样，但对某些不锈钢品种，还有一种SI含量较高的MIG焊丝，如与ER308,ER309焊丝对应的ER308Si,ER309Si等，由于含Si高达%左右，降低了熔滴金属的表面张力，使熔滴颗粒变细，更易实现喷射过度，使电弧变得更稳固。
不锈钢弹簧丝
不锈钢氢退丝
1
1）起弧与收弧板厚小于3mm时，能够直接在焊件上起弧及收弧。
板厚大于3mm时，对于纵缝，能够采用引弧板及引出板，将小孔起始区及扫尾区排除在焊缝之外。
环缝焊接时，须采用电流及离子气量递增的方式形成适合的小孔形成区，而采用电流及离子气量递减的方式取得小孔扫尾区。
图8是小孔焊时电流及离子弧气流量斜率控制曲线。
有的等离子弧设备配备了先进的流量控制器，能够在焊接进程中精准地控制离子气流量。
2
2）离子气流量离子气流量增加，可使等离子流力和熔透能力增大，在其他条件不变时，为了形成小孔，必需要有足够的离子气流量，可是离子气流量过大也不好，会使小孔直径过大而不能保证焊缝成形，喷嘴孔径肯定后，离子气流量大小视焊接电流和焊接速度而定，亦即离子气流量、焊接电流和焊接速度这三者之间—要有适当的匹配。
3
3）焊接电流焊接电流增加等离子弧穿透能力增加，和其他电弧焊方式一样，焊接电流老是按照板厚或熔透要求来选定的，电流过小，不能形成小孔，电流过大，又将因小孔直径过大而使熔池金属坠落。
另外，电流过大还可能引发双弧现象。
为此，在喷嘴结构肯定后，为了取得稳固的小孔焊接进程，焊接电流只能被限定在某一个适合的范围内，而且那个范围与离子气的流量有关。
图9a为喷嘴结构、板厚和其他工艺参数给按时，用实验方式在8mm厚不锈钢板上测定的小孔型焊接电流和离子气流量的匹配关系。
图中1为普通圆柱型喷嘴，2为收敛扩散型喷嘴，后者降低了喷嘴紧缩程度，因此扩大了电流范围，即在较高的电流—F也不会出现双弧。
由于电流上限的提高，因此采用这种喷嘴可提高工件厚度和焊接速度。
4
4）焊接速度焊接速度也是影响小孔效应的一个重要工艺参数。
其他条件一按时，焊速增加，焊缝热输入减小，小孔直径亦随之减小，最后消失。
反之，若是焊速太低，母材过热，背面焊缝会出现下陷乃至熔池泄漏等缺点。
焊接速度的肯定，取决于离子气流量和焊接电流，这三个工艺参数彼此匹配关系见图9b。
由图可见，为了取得光滑’的小孔焊接焊缝，随着焊速的提高，必需同时提高焊接电流，若是焊接电流必然，增大离子气流量就要增大焊速，若焊速一按时，增加离子气流量应相应减小电流。
5
5）喷嘴距离距离过大，熔透能力降低：
距离过小则造成喷嘴被飞溅物粘污。
一般取3—8mm，和钨极氩弧焊相较，喷嘴距离转变对焊接质量的影响不太敏感。
6
6）保护气体流量保护气体流量应与离子气流量有一个适当的比例，离子气流量不大而保护气体流．量太大时会致使气流的紊乱，将影响电弧稳固性和保护效果。
小孔型焊接保护气体流量一般在15~30L／min范围内。
注意事项
一、铬不锈钢具有必然的耐蚀（氧化性酸、有机酸、气蚀）、耐热和耐磨性能。
通常常利用于电站、化工、石油等设备材料。
铬不锈钢焊接性较差，应注意焊接工艺、热处置条件及选用适合电焊条。
二、铬13不锈钢焊后硬化性较大，容易产生裂纹。
若采用同类型的铬不锈钢焊条（G20二、G207）焊接，必需进行300℃以上的预热和焊后700℃左右的缓冷处置。
若焊件不能进行焊后热处置，则应选用铬镍不锈钢焊条（A107、A207）。
3、铬17不锈钢，为改善耐蚀性能及焊接性而适当增加适量稳固性元素Ti、Nb、Mo等，焊接性较铬13不锈钢好一些。
采用同类型的铬不锈钢焊条（G30二、G307）时，应进行200℃以上的预热和焊后800℃左右的回火处置。
若焊件不能进行热处置，则应选用铬镍不锈钢焊条（A107、A207）。
4、铬镍不锈钢焊条具有良好耐侵蚀性和抗氧化性，普遍应用于化工、化肥、石油、医疗机械制造。
五、铬镍不锈钢焊接时，受到重复加热析出碳化物，降低耐侵蚀性和力学性能。
六、铬镍不锈钢药皮有钛钙型和低氢型。
钛钙型可用于交直流，但交流焊时熔深较浅，同时容易发红，故尽可能采用直流电源。
直径及以下可用于全位置焊件，及以上用于平焊及平角焊。
7、焊条使历时应维持干燥，钛钙型应经150℃干燥1小时，低氢型应经200-250℃干燥1小时（不能多次重复烘干，不然药皮容易开裂剥落），避免焊条药皮粘油及其它脏物，以避免致使焊缝增加含碳量和影响焊件质量。
八、为避免由于加热而产生睛间侵蚀，焊接电流不宜太大，比碳钢焊条较少20％左右，电弧不宜太长，层间快冷，以窄焊道为宜。
不锈钢实芯焊丝既可用惰性气体保护焊（TIG，MIG焊）。
也可用于埋弧焊。
不锈钢MIG焊既可达到高效焊接，又容易实现焊接自动化，普遍用于堆焊及薄板接等领域。
MIG焊用焊丝化学成份与TIG焊丝一样，但对某些不锈钢品种，还有一种SI含量较高的MIG焊丝，如与ER308,ER309焊丝对应的ER308Si,ER309Si等，由于含Si高达%左右，降低了熔滴金属的表面张力，使熔滴颗粒变细，更易实现喷射过度，使电弧变得更稳固。
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