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摘要：压缩机是现代化工生产中一种重要的生产设备，其运行的安全稳定性和服役期限的长短会对化工生产效率和生产成本有直接影响作用。而活塞杆作为压缩机工作中使用较为频繁的元部件，常常会因为疲劳而发生断裂现象，这原本属于正常现象，但若过早断裂就属于一种机械故障。
关键词：化工压缩机活塞杆;早期疲劳断裂;预防措施
引言
根据长期工作实践可以得知，在压缩机的使用过程中，活塞杆之所以会断裂，最主要的原因就是因为过于疲劳，这也是压缩机常见的故障。因为当前的化工生产多为连续生产，各个环节之间的衔接要求较高，若压缩机突然发生活塞杆断裂现象，则将会给整个生产线带来严重影响。本文通过分析早期疲劳断裂的原因，来谈谈活塞杆过早疲劳断裂的预防措施。
一、压缩机活塞杆发生早期疲劳断裂原因分析
（一）压缩机活塞杆断口原因
据研究成果表明，压缩机活塞杆的主要制作材料成分是钢，其在工作过程中需要承受各种不同程度的扯、拉压力以及不同程度的弯曲和扭转变化，这是造成压缩机活塞杆发生早期疲劳断裂的一大重要原因。除此之外，在活塞杆断口的表面还存在大量的细小的孔洞，研究分析是由于氢腐蚀导致的，另外，在裂纹源和裂纹的稳态疲劳扩展区中也能发现这种孔洞。因此可以推出，正是由于这些孔洞对裂纹的形成和扩展都起到了一定的破坏作用。还有一个原因就是压缩机活塞杆的断口表面是灰褐色，表面没有明显的残余变形，裂纹源是在活塞杆表面的螺纹根部。经过研究证明是早期疲劳断裂。它的零件出现疲劳断裂的情况是由于这些零件的运行时间过长了，断裂也能分为正常疲劳断裂与非正常疲劳断裂，这是属于正常疲劳断裂。
（二）活塞杆的质量原因
压缩机活塞杆的裂纹的产生与其质量有很大关联，活塞杆的制造工艺、材料以及热处理方式都与裂纹的产生有密切关系，而且如果处理不好就很容易导致活塞杆疲劳断裂。如果活塞杆的一处的压力过大同样也会导致疲劳裂纹源的产生，加之目前国内的化工行业的主要使用的钢号主要是45、40Cr、38CrMoAlA等。尽管这些材料的强度已经达到相关标准，但是这种类型的材料的可塑性以及柔韧性都不够好，另外，这些材料在制作的过程中做工比较粗糙，一些部位的材料使用的不够均匀，紧致。致使活塞杆的柔韧度都不够强，没有达到相关的标准，因此它的功能不能得到有效的发挥。活塞杆需要受力的部位不够强，存在缺陷，在实际施工中容易导致裂纹的发生。由此可知，活塞杆合理科学的设计以及质量是多么重要，它对于活塞杆的使用寿命具有重要的意义，所以化工行业必须注重材料的选择或者开发一些新型高效率的新的材料。
（三）工况条件较为恶劣或波幅较大
活塞杆发生早期疲劳断裂不是没有依据的，它的工作内容也有影响，其中包括技术原因、操作人员因素及设备关系，化工工厂使用的压缩机对环境也有一定的要求，如果工程内的气体的杂质、温度、压力等工艺指标不能达到相关的标准，起伏波动较大，就会使活塞杆承受的外载加重，继而发生早期疲劳断裂。因此，整个工艺系统的环境条件（如润滑油、冷却水、原料气等方面）优劣，亦决定着所使用机器或零部件正常工作周期的长短。
（四）设计结构不合理，安装水平不高
由于压缩机活塞杆发生早期疲劳断裂在螺纹处，如果看到有潜在的断裂迹象，没有马上完善或者更换，一些研究证明，一些活塞杆的中心部分的压力过大，负荷量比较大，极易导致裂纹，继而发生疲劳断裂。除此之外，活塞杆在制作过程中它的螺纹部分的滚压质量及精度都不够强，事先设计不够科学合理，加之后期安装过程中不够仔细，导致后期事故频发。
二、压缩机活塞杆早期疲劳断裂的预防措施
（一）保证选材质量与制造精度
除了尽可能地使活塞杆在结构设计上科学合理以外，在选材上亦应把好质量关。所用材料应有材质合格证（必要时予以化学成分检验，以确认化学成分是否合格），一定要从源头上杜绝产生缺陷的根源。在加工制造方面，更要精心把关，从坯料生产、机械加工到表面热处理等各环节均应按技术要求办，每一步都要经质量检验合格后才能进入下一道工序。如38CrMoA1A舢A材料的表面氮化处理，为保证工件心部具有一定的机械性能和氮化质量，氮化前应预先进行调质处理。氮化温度可在590℃以上。当氮化层达到0.6-0.8mm，抗疲劳强度可大大提高。为了保证填料函的密封性，要求活塞杆与填料函配合处，有较高的尺寸精度（IT6）、耐磨性，较低的表面粗糙度（Ra为0.2μm），并应保证圆柱度小于直径公差的一半。由于活塞杆承受很大的交变载荷，所以要求活塞杆的连接螺纹为6级以上精度的细牙螺纹。
（二）提高机器的安装质量与装配精度
压缩机整体的安装精度及其各零部件的装配精度非常重要，因它直接影响到活塞杆乃至压缩机后续的运行正常与否。根据实地调查与检测，发现多家工厂使用的压缩机未达标准。目前国内一般厂家在安装压缩机过程中，找正方法多为“拉细钢丝法”，此法一是耗时长，二是安装误差较大。根据先进厂家安装机器的经验看，最好选用激光准直仪找正法，如机型H12（I）-53/320氮氢气压缩机，用此法找正后位置精度达到土5mm。机身滑道用精度为0.02mm/m方框式水平仪测量调整其纵横向水平偏差，精度可达≤0.05mm/m。压缩机各零部件间的装配精度亦须保证，尤其是一些相关的主要零部件（如曲轴、连杆、十字头、活塞等），它们之间的装配状况均影响到活塞杆工作中的受力状态。安装前须做好清洗检查和必要的修理工作，对于一些有较严格技术要求的装配部位，必须全力保证。
（三）加强维护保养，提高检修质量
压缩机运行过程中，及时予以合理维护保养（如润滑油的油质油量保障，各紧固件问的连接状况监控），对摩擦组合件来说可以起到两方面作用，其一是可防止、减少摩擦副的磨损，其二是可以消除因磨损、撞击引起的故障与事故隐患。对于检修质量，亦应引起足够重视。如不正确拧紧连接螺纹，配合表面不平整、粗糙度不符合要求等，都会引起机器运转不灵活，产生噪声与振动，使机件损坏速度加快。活塞杆在使用过程中，若出现较严重磨损（其磨损量大于0.4mm）、磨伤或划伤（产生较深的纵向沟纹）、较大的弯曲变形和连接螺纹有较严重的损坏时，应予以合理的修理（缺陷过于严重者则应更换）。活塞杆的磨损，可用镀铬或车外圆的方法进行修复;磨伤或划伤后，可先将活塞杆清洗干净，然后用手工研磨，或用机床车削加工T的方法把纵向沟纹消除;若发现弯曲，则应在车床上找活塞杆的弯曲度，根据弯曲程度采用磨削法、矫直法予以消除;对于活塞杆上的螺纹，拧入十字头螺纹孔内，用手摆动不得有松动的感觉，且螺纹不得有变形、剥落等缺陷，否则应更换活塞杆。此外，为使活塞杆受力较为平稳均匀，在压缩机大修中，应重新测调气缸轴线与中体十字头轴线的同轴度及活塞杆的摆动值，使其符合规定要求。
结束语
总而言之，在现代化工生产进程中，压缩机活塞杆一旦在使用中出现疲劳断裂现象，在将会给生产带来非常大的不利影响。为了避免这一现象的发生，就应该加强对活塞杆过早疲劳断裂问题的研究，找出其断裂成因，并积极采取措施来解决和防范应对，只有尽量避免活塞桿过早疲劳断裂，才能保证压缩机更好的发挥自己的作用。
参考文献
[1]张永满.化工压缩机活塞杆早期疲劳断裂及其预防措施探究[J].科技经济导刊，2019，27（12）：70.
关键词：化工压缩机活塞杆;早期疲劳断裂;预防措施
引言
根据长期工作实践可以得知，在压缩机的使用过程中，活塞杆之所以会断裂，最主要的原因就是因为过于疲劳，这也是压缩机常见的故障。因为当前的化工生产多为连续生产，各个环节之间的衔接要求较高，若压缩机突然发生活塞杆断裂现象，则将会给整个生产线带来严重影响。本文通过分析早期疲劳断裂的原因，来谈谈活塞杆过早疲劳断裂的预防措施。
一、压缩机活塞杆发生早期疲劳断裂原因分析
（一）压缩机活塞杆断口原因
据研究成果表明，压缩机活塞杆的主要制作材料成分是钢，其在工作过程中需要承受各种不同程度的扯、拉压力以及不同程度的弯曲和扭转变化，这是造成压缩机活塞杆发生早期疲劳断裂的一大重要原因。除此之外，在活塞杆断口的表面还存在大量的细小的孔洞，研究分析是由于氢腐蚀导致的，另外，在裂纹源和裂纹的稳态疲劳扩展区中也能发现这种孔洞。因此可以推出，正是由于这些孔洞对裂纹的形成和扩展都起到了一定的破坏作用。还有一个原因就是压缩机活塞杆的断口表面是灰褐色，表面没有明显的残余变形，裂纹源是在活塞杆表面的螺纹根部。经过研究证明是早期疲劳断裂。它的零件出现疲劳断裂的情况是由于这些零件的运行时间过长了，断裂也能分为正常疲劳断裂与非正常疲劳断裂，这是属于正常疲劳断裂。
（二）活塞杆的质量原因
压缩机活塞杆的裂纹的产生与其质量有很大关联，活塞杆的制造工艺、材料以及热处理方式都与裂纹的产生有密切关系，而且如果处理不好就很容易导致活塞杆疲劳断裂。如果活塞杆的一处的压力过大同样也会导致疲劳裂纹源的产生，加之目前国内的化工行业的主要使用的钢号主要是45、40Cr、38CrMoAlA等。尽管这些材料的强度已经达到相关标准，但是这种类型的材料的可塑性以及柔韧性都不够好，另外，这些材料在制作的过程中做工比较粗糙，一些部位的材料使用的不够均匀，紧致。致使活塞杆的柔韧度都不够强，没有达到相关的标准，因此它的功能不能得到有效的发挥。活塞杆需要受力的部位不够强，存在缺陷，在实际施工中容易导致裂纹的发生。由此可知，活塞杆合理科学的设计以及质量是多么重要，它对于活塞杆的使用寿命具有重要的意义，所以化工行业必须注重材料的选择或者开发一些新型高效率的新的材料。
（三）工况条件较为恶劣或波幅较大
活塞杆发生早期疲劳断裂不是没有依据的，它的工作内容也有影响，其中包括技术原因、操作人员因素及设备关系，化工工厂使用的压缩机对环境也有一定的要求，如果工程内的气体的杂质、温度、压力等工艺指标不能达到相关的标准，起伏波动较大，就会使活塞杆承受的外载加重，继而发生早期疲劳断裂。因此，整个工艺系统的环境条件（如润滑油、冷却水、原料气等方面）优劣，亦决定着所使用机器或零部件正常工作周期的长短。
（四）设计结构不合理，安装水平不高
由于压缩机活塞杆发生早期疲劳断裂在螺纹处，如果看到有潜在的断裂迹象，没有马上完善或者更换，一些研究证明，一些活塞杆的中心部分的压力过大，负荷量比较大，极易导致裂纹，继而发生疲劳断裂。除此之外，活塞杆在制作过程中它的螺纹部分的滚压质量及精度都不够强，事先设计不够科学合理，加之后期安装过程中不够仔细，导致后期事故频发。
二、压缩机活塞杆早期疲劳断裂的预防措施
（一）保证选材质量与制造精度
除了尽可能地使活塞杆在结构设计上科学合理以外，在选材上亦应把好质量关。所用材料应有材质合格证（必要时予以化学成分检验，以确认化学成分是否合格），一定要从源头上杜绝产生缺陷的根源。在加工制造方面，更要精心把关，从坯料生产、机械加工到表面热处理等各环节均应按技术要求办，每一步都要经质量检验合格后才能进入下一道工序。如38CrMoA1A舢A材料的表面氮化处理，为保证工件心部具有一定的机械性能和氮化质量，氮化前应预先进行调质处理。氮化温度可在590℃以上。当氮化层达到0.6-0.8mm，抗疲劳强度可大大提高。为了保证填料函的密封性，要求活塞杆与填料函配合处，有较高的尺寸精度（IT6）、耐磨性，较低的表面粗糙度（Ra为0.2μm），并应保证圆柱度小于直径公差的一半。由于活塞杆承受很大的交变载荷，所以要求活塞杆的连接螺纹为6级以上精度的细牙螺纹。
（二）提高机器的安装质量与装配精度
压缩机整体的安装精度及其各零部件的装配精度非常重要，因它直接影响到活塞杆乃至压缩机后续的运行正常与否。根据实地调查与检测，发现多家工厂使用的压缩机未达标准。目前国内一般厂家在安装压缩机过程中，找正方法多为“拉细钢丝法”，此法一是耗时长，二是安装误差较大。根据先进厂家安装机器的经验看，最好选用激光准直仪找正法，如机型H12（I）-53/320氮氢气压缩机，用此法找正后位置精度达到土5mm。机身滑道用精度为0.02mm/m方框式水平仪测量调整其纵横向水平偏差，精度可达≤0.05mm/m。压缩机各零部件间的装配精度亦须保证，尤其是一些相关的主要零部件（如曲轴、连杆、十字头、活塞等），它们之间的装配状况均影响到活塞杆工作中的受力状态。安装前须做好清洗检查和必要的修理工作，对于一些有较严格技术要求的装配部位，必须全力保证。
（三）加强维护保养，提高检修质量
压缩机运行过程中，及时予以合理维护保养（如润滑油的油质油量保障，各紧固件问的连接状况监控），对摩擦组合件来说可以起到两方面作用，其一是可防止、减少摩擦副的磨损，其二是可以消除因磨损、撞击引起的故障与事故隐患。对于检修质量，亦应引起足够重视。如不正确拧紧连接螺纹，配合表面不平整、粗糙度不符合要求等，都会引起机器运转不灵活，产生噪声与振动，使机件损坏速度加快。活塞杆在使用过程中，若出现较严重磨损（其磨损量大于0.4mm）、磨伤或划伤（产生较深的纵向沟纹）、较大的弯曲变形和连接螺纹有较严重的损坏时，应予以合理的修理（缺陷过于严重者则应更换）。活塞杆的磨损，可用镀铬或车外圆的方法进行修复;磨伤或划伤后，可先将活塞杆清洗干净，然后用手工研磨，或用机床车削加工T的方法把纵向沟纹消除;若发现弯曲，则应在车床上找活塞杆的弯曲度，根据弯曲程度采用磨削法、矫直法予以消除;对于活塞杆上的螺纹，拧入十字头螺纹孔内，用手摆动不得有松动的感觉，且螺纹不得有变形、剥落等缺陷，否则应更换活塞杆。此外，为使活塞杆受力较为平稳均匀，在压缩机大修中，应重新测调气缸轴线与中体十字头轴线的同轴度及活塞杆的摆动值，使其符合规定要求。
结束语
总而言之，在现代化工生产进程中，压缩机活塞杆一旦在使用中出现疲劳断裂现象，在将会给生产带来非常大的不利影响。为了避免这一现象的发生，就应该加强对活塞杆过早疲劳断裂问题的研究，找出其断裂成因，并积极采取措施来解决和防范应对，只有尽量避免活塞桿过早疲劳断裂，才能保证压缩机更好的发挥自己的作用。
参考文献
[1]张永满.化工压缩机活塞杆早期疲劳断裂及其预防措施探究[J].科技经济导刊，2019，27（12）：70.