元宇宙：可能落在巨头们的布局之外
元宇宙对于智慧城市建设具有重要的推动作用。一方面，现实的物理城市空间将在元宇宙中实现数字化改造，因而元宇宙可以极大增强用户的空间感；另一方面，在地理空间信息、数字孪生、大数据等数字技术的加持下，元宇宙将赋能城市管理部门实现对城市的实时化、精细化、动态化运营。
准确来说，元宇宙并不是一个新概念，而是在数字技术下的一个经典概念重生。然而受技术和产业规模限制，目前对于元宇宙的前景预测以及场景展望较多，距离其实际应用仍有很长的路要走。
面对热度持续攀升的元宇宙，数字科技巨头进行了哪些布局？未来还可能会出现哪些全新的落地方式？元宇宙产业又将会形成怎样的发展格局？
数字科技巨头的布局
目前，传统互联网红利已经达到顶峰并开始呈现出消退态势。毫无疑问，元宇宙的兴起为互联网企业点燃了新的希望，国内外各大数字科技巨头也纷纷开启了元宇宙的探索步伐。综合来看，在技术能力和产业规模的约束下，各大企业基于自身的特性、资源等内在因素，布局元宇宙的模式主要可以分为以下3种：
第一，硬件和软件布局模式。经过互联网领域的激烈竞争，数字科技企业深刻明白，只有掌握关键核心技术，才能在竞争和发展中获得主动权。当前数字科技巨头对于元宇宙领域关键核心技术的布局主要体现在硬件和软件两方面。从硬件来看，英伟达、高通等企业加快推动GPU芯片发展；业内人士认为，VR头盔或在未来10年内取代手机，Meta、苹果、字节跳动等企业加速在这一领域布局。从软件来看，Meta和谷歌在虚拟现实操作系统上展开激烈竞争；微软加快推出企业端应用的混合现实程序——Microsoft mesh。
第二，商业场景布局模式。互联网领域具有显著的马太效应，往往容易形成赢者通吃的产业生态格局。根据预计，未来90%以上的人类活动都可以在元宇宙中进行，并且具有比现实世界更大规模的场景连接功能。面对元宇宙所带来的新一轮巨大商业机遇，传统互联网巨头纷纷依托其既有优势，在其优势赛道上加快对社交、电商、会议等元宇宙应用场景的布局。Meta、腾讯、GREE等企业加速推动元宇宙社交发展，亚马逊、阿里巴巴、京东等企业加快布局元宇宙电商平台，微软、Meta等企业不断开拓元宇宙会议场景。
第三，基础设施布局模式。运营商在元宇宙竞争赛道上具有举足轻重的作用。元宇宙发展对网络、数据中心等基础设施提出了更高的要求，而这些基础设施的主要提供者仍将是运营商。从当前布局来看，国内三大运营商已经预见到元宇宙的巨大商机：一方面，三大运营商联合成立了国内首家元宇宙行业协会，共同推进元宇宙相关业务发展；另一方面，各大运营商也正各自独立地积极展开赛道布局。如中国电信今年启动了“盘古计划”，以5G创新应用增强其在元宇宙领域的竞争力；中国移动加快构建元宇宙算力网络，推进“即取即用”的算力服务体系建设；中国联通则加快推动VR产业发展，夯实数字底座。
当前，元宇宙产业的全球不均衡发展态势正在加速形成，我国也应进一步强化元宇宙相关科技产业布局，在未来元宇宙的市场竞争中掌握主动。
可能出现的新落地方式
当前，虽然已有许多数字科技巨头围绕元宇宙展开布局，但从整体上来看，仍是概念与资本的热度反映，相关布局方式也多表现为传统互联网商业赛道的争夺。从元宇宙的本质属性和产业发展实际出发，未来元宇宙或将出现一些全新的落地方式。
第一，公共服务。当前，元宇宙产业仍处于发展的萌芽期，相关布局主要聚焦于商业领域，目前鲜有企业布局元宇宙公共服务领域，仅有韩国政府正积极推动构建元宇宙公共服务平台。由于元宇宙能够进一步克服时间、空间、语言等客观条件限制，提供更加形象化的服务，在未来技术更加成熟的条件下，元宇宙有望在公共服务领域实现大规模应用。
第二，智慧城市。元宇宙对于智慧城市建设具有重要的推动作用。一方面，现实的物理城市空间将在元宇宙中实现数字化改造，因而元宇宙可以极大增强用户的空间感；另一方面，在地理空间信息、数字孪生、大数据等数字技术的加持下，元宇宙将赋能城市管理部门实现对城市的实时化、精细化、动态化运营。目前，元宇宙在智慧城市领域的巨大应用前景已经被广泛认可，但实际展开布局的企业并不多。
第三，制造业应用。当前元宇宙主要应用于娱乐、游戏等领域，而元宇宙只有对物理世界有正向反馈才有现实价值。因此，业内对于元宇宙在制造业领域的应用充满期待。元宇宙可以推动不同产业链条实现场景动态可视化，推动制造业可视化、场景化、个性化改造。目前，已有小范围的探索实验，如百威英博通过与微软合作建立元宇宙酿酒工厂，可以远程实现对工厂里的生产、销售等环节的实时掌控。但元宇宙与制造业的深度融合仍缺乏具体案例。
第四，立体文创产业。从互联网到元宇宙，由于视觉仿真因素的全面融入，信息的表达形式从二维平面升级到三维立体空间，元宇宙将以更加形象、具体、生动的方式实现内容输出，有力增强用户的真实感、临场感和沉浸感。在此过程中，元宇宙的快速发展，将带动影视、动画、音乐等内容制作的全面升级，给文创产业带来一次全新的发展机遇。当前，腾讯、字节跳动等企业已经开始布局文创元宇宙。
产业未来的发展格局
作为信息形态与载体的全新升级，元宇宙正以“新物种”的姿态进入经济社会各领域。可以预见，各行各业只要把握住元宇宙的发展机遇，充分做好衔接工作，就能实现产业的转型升级。未来，元宇宙产业的发展格局主要有以下3个组成部分。
第一，元宇宙技术产业。元宇宙场景的实现是一个复杂的系统性工程，需要多种数字技术综合集成。元宇宙技术产业主要包括三类，一是元宇宙直接相关技术，如XR、AI、3D、空间映射、数字孪生等；二是元宇宙底层架构技术，如区块链、云计算、大数据、未来网络等，保证元宇宙系统的正常运转；三是元宇宙连接技术，如可穿戴设备、嵌入式技术、脑机接口、微传感器等，实现数字世界与现实世界的稳定连接。
第二，产业元宇宙。未来，在元宇宙的影响下，传统产业将被加速重塑和改造，实现从产业互联网到产业元宇宙的转变。一方面，目前与互联网结合紧密的电商、娱乐、社交、会议等细分领域，将加速进入元宇宙，届时这些领域将迎来体验升级。另一方面，当前与互联网结合程度相对较弱的生产、种植等领域，在元宇宙中，将实现对现有应用场景的超越。
第三，元宇宙辅助产业。元宇宙所形成的虚拟经济社会系统的有序运行，需要一系列被广泛认可的标准和协议为基础，推动元宇宙不同生态系统实现大连接，而这离不开支付、安全、信用、认证等辅助产业的支撑。（作者系中国社会科学院数量经济与技术经济研究所副研究员）
来源：科技日报
元宇宙对于智慧城市建设具有重要的推动作用。一方面，现实的物理城市空间将在元宇宙中实现数字化改造，因而元宇宙可以极大增强用户的空间感；另一方面，在地理空间信息、数字孪生、大数据等数字技术的加持下，元宇宙将赋能城市管理部门实现对城市的实时化、精细化、动态化运营。
准确来说，元宇宙并不是一个新概念，而是在数字技术下的一个经典概念重生。然而受技术和产业规模限制，目前对于元宇宙的前景预测以及场景展望较多，距离其实际应用仍有很长的路要走。
面对热度持续攀升的元宇宙，数字科技巨头进行了哪些布局？未来还可能会出现哪些全新的落地方式？元宇宙产业又将会形成怎样的发展格局？
数字科技巨头的布局
目前，传统互联网红利已经达到顶峰并开始呈现出消退态势。毫无疑问，元宇宙的兴起为互联网企业点燃了新的希望，国内外各大数字科技巨头也纷纷开启了元宇宙的探索步伐。综合来看，在技术能力和产业规模的约束下，各大企业基于自身的特性、资源等内在因素，布局元宇宙的模式主要可以分为以下3种：
第一，硬件和软件布局模式。经过互联网领域的激烈竞争，数字科技企业深刻明白，只有掌握关键核心技术，才能在竞争和发展中获得主动权。当前数字科技巨头对于元宇宙领域关键核心技术的布局主要体现在硬件和软件两方面。从硬件来看，英伟达、高通等企业加快推动GPU芯片发展；业内人士认为，VR头盔或在未来10年内取代手机，Meta、苹果、字节跳动等企业加速在这一领域布局。从软件来看，Meta和谷歌在虚拟现实操作系统上展开激烈竞争；微软加快推出企业端应用的混合现实程序——Microsoft mesh。
第二，商业场景布局模式。互联网领域具有显著的马太效应，往往容易形成赢者通吃的产业生态格局。根据预计，未来90%以上的人类活动都可以在元宇宙中进行，并且具有比现实世界更大规模的场景连接功能。面对元宇宙所带来的新一轮巨大商业机遇，传统互联网巨头纷纷依托其既有优势，在其优势赛道上加快对社交、电商、会议等元宇宙应用场景的布局。Meta、腾讯、GREE等企业加速推动元宇宙社交发展，亚马逊、阿里巴巴、京东等企业加快布局元宇宙电商平台，微软、Meta等企业不断开拓元宇宙会议场景。
第三，基础设施布局模式。运营商在元宇宙竞争赛道上具有举足轻重的作用。元宇宙发展对网络、数据中心等基础设施提出了更高的要求，而这些基础设施的主要提供者仍将是运营商。从当前布局来看，国内三大运营商已经预见到元宇宙的巨大商机：一方面，三大运营商联合成立了国内首家元宇宙行业协会，共同推进元宇宙相关业务发展；另一方面，各大运营商也正各自独立地积极展开赛道布局。如中国电信今年启动了“盘古计划”，以5G创新应用增强其在元宇宙领域的竞争力；中国移动加快构建元宇宙算力网络，推进“即取即用”的算力服务体系建设；中国联通则加快推动VR产业发展，夯实数字底座。
当前，元宇宙产业的全球不均衡发展态势正在加速形成，我国也应进一步强化元宇宙相关科技产业布局，在未来元宇宙的市场竞争中掌握主动。
可能出现的新落地方式
当前，虽然已有许多数字科技巨头围绕元宇宙展开布局，但从整体上来看，仍是概念与资本的热度反映，相关布局方式也多表现为传统互联网商业赛道的争夺。从元宇宙的本质属性和产业发展实际出发，未来元宇宙或将出现一些全新的落地方式。
第一，公共服务。当前，元宇宙产业仍处于发展的萌芽期，相关布局主要聚焦于商业领域，目前鲜有企业布局元宇宙公共服务领域，仅有韩国政府正积极推动构建元宇宙公共服务平台。由于元宇宙能够进一步克服时间、空间、语言等客观条件限制，提供更加形象化的服务，在未来技术更加成熟的条件下，元宇宙有望在公共服务领域实现大规模应用。
第二，智慧城市。元宇宙对于智慧城市建设具有重要的推动作用。一方面，现实的物理城市空间将在元宇宙中实现数字化改造，因而元宇宙可以极大增强用户的空间感；另一方面，在地理空间信息、数字孪生、大数据等数字技术的加持下，元宇宙将赋能城市管理部门实现对城市的实时化、精细化、动态化运营。目前，元宇宙在智慧城市领域的巨大应用前景已经被广泛认可，但实际展开布局的企业并不多。
第三，制造业应用。当前元宇宙主要应用于娱乐、游戏等领域，而元宇宙只有对物理世界有正向反馈才有现实价值。因此，业内对于元宇宙在制造业领域的应用充满期待。元宇宙可以推动不同产业链条实现场景动态可视化，推动制造业可视化、场景化、个性化改造。目前，已有小范围的探索实验，如百威英博通过与微软合作建立元宇宙酿酒工厂，可以远程实现对工厂里的生产、销售等环节的实时掌控。但元宇宙与制造业的深度融合仍缺乏具体案例。
第四，立体文创产业。从互联网到元宇宙，由于视觉仿真因素的全面融入，信息的表达形式从二维平面升级到三维立体空间，元宇宙将以更加形象、具体、生动的方式实现内容输出，有力增强用户的真实感、临场感和沉浸感。在此过程中，元宇宙的快速发展，将带动影视、动画、音乐等内容制作的全面升级，给文创产业带来一次全新的发展机遇。当前，腾讯、字节跳动等企业已经开始布局文创元宇宙。
产业未来的发展格局
作为信息形态与载体的全新升级，元宇宙正以“新物种”的姿态进入经济社会各领域。可以预见，各行各业只要把握住元宇宙的发展机遇，充分做好衔接工作，就能实现产业的转型升级。未来，元宇宙产业的发展格局主要有以下3个组成部分。
第一，元宇宙技术产业。元宇宙场景的实现是一个复杂的系统性工程，需要多种数字技术综合集成。元宇宙技术产业主要包括三类，一是元宇宙直接相关技术，如XR、AI、3D、空间映射、数字孪生等；二是元宇宙底层架构技术，如区块链、云计算、大数据、未来网络等，保证元宇宙系统的正常运转；三是元宇宙连接技术，如可穿戴设备、嵌入式技术、脑机接口、微传感器等，实现数字世界与现实世界的稳定连接。
第二，产业元宇宙。未来，在元宇宙的影响下，传统产业将被加速重塑和改造，实现从产业互联网到产业元宇宙的转变。一方面，目前与互联网结合紧密的电商、娱乐、社交、会议等细分领域，将加速进入元宇宙，届时这些领域将迎来体验升级。另一方面，当前与互联网结合程度相对较弱的生产、种植等领域，在元宇宙中，将实现对现有应用场景的超越。
第三，元宇宙辅助产业。元宇宙所形成的虚拟经济社会系统的有序运行，需要一系列被广泛认可的标准和协议为基础，推动元宇宙不同生态系统实现大连接，而这离不开支付、安全、信用、认证等辅助产业的支撑。（作者系中国社会科学院数量经济与技术经济研究所副研究员）
来源：科技日报
灌注桩常见质量问题及防止措施
常见问题
原因分析
防止措施
斜孔
1）钻机未处于水平位置，或施工场地未整平及压实，在钻进过程中发生不均匀沉降。
2）钻孔平台基底座不稳固、未处于水平状态，在钻孔过程中，钻机架发生不均匀变形。
3）钻杆弯曲，接头松动，致使钻头晃动范围较大。
4）土层软硬不均，致使钻头受力不均，或遇到孤石，探头石等。
1）钻机就位前，应对施工现场进行整平和压实，并把钻机调整到水平状态，在钻进过程中，应经常检查使钻机始终处于水平状态工作。钻机平台在钻机就位前，必须进行安装验收，其平台要牢固、水平、钻机架要稳定。
2）应使钻机顶部的起重滑轮槽、钻杆的卡盘和护筒桩位的中心在同一垂直线上，并在钻进过程中防止钻机移位或出现过大的摆。
3）要经常对钻杆进行检查，对弯曲的钻杆要及时调整或废弃。
4）使用冲击钻施工时冲程不要过大，尽量采用二次成孔，以保证成孔的重直度。
缩孔
1）地质构造中含有软弱层，在钻孔通过该层中，软弱层在土压力的作用下，向孔内挤压形成缩孔。
2）地质构造中塑性土层，遇水膨胀，形成缩孔。
3）钻头磨损过快，未及时补焊，从而形成缩孔。
1）根据地质钻探资料及钻井中的土质变化，若发现含有软弱层或塑性土时，要注意经常扫孔。
2）经常检查钻头，当出现磨损时要及时补焊，把磨损较多的钻头补焊后，再进行扩孔至设计桩径。
孔壁坍塌
1）由于泥浆稠度小，护壁效果差，出现漏水；或护筒埋置较浅，或周围封堵不密实而出现漏水；或护筒底部的粘土层厚度不足，护筒底部漏水等原因，造成泥浆水头高度不够，对孔壁压力减少。
2）泥浆相对密度过小，致使水头对孔壁的压力较小。
3）在松软砂层中钻孔时进尺过快，泥浆护壁形成较慢，并壁渗水。
4）钻进时未连续作业，中途停钻时间较长，孔内水头未能保持在孔外水位或地下水位线以上2m，降低了水头对孔壁的压力。
5）操作不当，提升钻头或吊放钢筋笼时碰撞孔壁。
6）钻孔附近有大型设备作业，或有临是时通行便道，车辆通行时产生振动。
7）清孔后未及时浇注砼，放置时间过长。
1）在钻孔附近，不要设临时通过便道，禁止有大型设备作业。
2）在地面埋置护筒时，应在底部夯填50cm厚的粘土，在护筒周围也要夯填粘土，并注意夯实，护筒周围要均匀回填，保证护筒稳固和防止地面水的渗入。
3）水中振动沉入护筒时，应根据地质资料，将护筒沉穿於泥及透不层，护筒之间的接头要密封好，防止漏水。
4）应根据设计部门提供的地质勘探资料，根据地质情况的不同，选用适宜的泥浆比重、泥浆粘度有不同的钻进速度。如在砂层中钻孔时，应加大泥浆稠度，选用较好的造浆材料，提高泥浆的粘度以加强护壁，并适当降低进尺速度。
5）钻孔时要连续作业，无特殊情况中途不得停钻。
6）提升钻头、下放钢筋笼时应保持垂直,尽量不要碰撞孔壁.
7）若浇筑准备工作不充分,暂时不要进行清孔,清孔合格后要及时浇筑砼。
9）供水时不得将水管直接冲射孔壁，孔口附近不得集聚地表水。
卡钻
1）孔内出现梅花孔、探头石或缩孔。
2）下钻头时太猛，或钢丝绳松绳太长，使钻头倾倒卡在并壁上。
3）坍孔时落下的石块或落下较大的工具将钻头卡住。
4）出现缩孔后，补焊后的钻头尺寸加大，冲击太猛，冲锥被吸住。
5）使用冲击钻在粘土地层中进行钻孔时，冲程量过大，或泥浆太稠，冲锥被吸住。
1）对于上下能活动的卡钻，可以采用上下轻微提动钻头，并辅以转动钢丝绳，使钻头转动，以便提起。
2）下钻时不可太猛。
3）对钻头进行补焊时，要保证尺寸与孔径配套。
4）使用冲击钻进行施工时冲程量不宜过大，以防锥头倾倒造成卡钻。
护筒底部井壁坍塌
1）护筒底部及周围未用粘土回填或夯实不足，在钻进过程中或灌注过程中泥浆护筒底掏空。
2）由于提供的地质钻探资料不祥，使护筒底产处于淤泥或砂层少。
3）护筒直径较小。
4）地表水渗入护筒外围填土中，造成填土松软。
1）护筒底部应回填至少50cm厚的粘土，当土质为砂性土时护筒周围0.5-1.0m范围内也应用粘土回填并夯实。
2）根据设计部门提供的地质资料，护筒底部应穿过淤泥和砂层。
3）护筒直径应大于设计孔径20-30cm（有钻杆的正反循环钻）、30-40cm（无钻杆的潜水电钻或冲击钻）。
4）护筒出浆孔处应用粘土夯填，同时应保持出浆顺利，周围不得有积水，避免护筒周围泥土流失，造成坍孔。
钢筋笼
变形
1）当钢筋笼较长时，未加设临时固定杆。
2）吊点位置不对。
3）加劲箍筋间距大，或直径小刚度不够。
4）吊点处未设置加强筋。
1）钢筋笼上每隔2-2.5m增设一道加劲箍筋，在吊点位置应设置加强筋。在加强筋上加做十字交叉钢筋来提高加强筋的刚度，以增强抗变形能力，在钢筋笼入井时，再将十字交叉筋割除。
2）钢筋笼尽量采用一次整体入孔，若钢筋笼较长不能一次整体入孔时，也尽量少分段，以减少入孔时间；分段的钢筋笼也要设临时固定杆，并备足焊接设备，尽量缩短焊接时间；两钢筋笼对接时，上下节中心线保持一致。若能整体入孔时，应在钢筋笼内侧设置临时固定杆整体入孔，入孔后再拆除临时固定杆件。
3）吊点位置应选好，钢筋笼较短时可采用一个吊点，较长时可采用二个吊点。
钢筋笼
下沉
1）钢筋笼固定不牢固或固定措施不得当。
2）测量定位出现误差或在灌注砼过程中，导管碰撞钢筋笼。
3）在施工过程中，桩位控制点未采取保护措施，出现人为移动。
1）在钢筋笼定位后，将钢筋笼牢固固定在位于护筒之上的垫木上。垫木应该用20cm×20cm×300～400cm长方木根。
2）护筒周围的回填土要夯实，防止护筒移位。
3）测量定位要准确，要用控制桩进行复测核，复核无误后方可进行水下砼灌注。
钢筋笼
上浮
1）当灌注的砼接近钢筋笼底部时灌注速度过快，砼将钢筋笼托起；或提升导管速度过快，带动砼上升，导致钢筋笼上浮。
2）在提升导管时，导管挂在钢筋笼上，钢筋笼随同导管一同上升。
1）当所灌注的砼接近钢筋笼时，要适当放慢砼的灌注速度，待导管底口提高至钢筋笼内至少2m以上时方可恢复正常的灌注速度。
2）在安放导管时，应使导管的中心与钻孔中心尽量重合，导管接头处应做好防挂措施，以防止提升导管时挂住钢筋笼，造成钢筋笼上浮
断桩
1）砼坍落度小、离析或石料粒径较小，在砼灌注过程中堵塞导管，且在砼初凝前未能疏通好，不得不提起导管时，从而形成断桩。
2）由于计算错误致使导管底口距孔底距离较大，致使首批灌注的砼不能埋住导管，从而形成断桩。
3）在导管提拔时，由于测量或计算错误，或盲目提拔导管使导管提拔过量，从而使导管底口拔出砼面，或使导管口处于泥浆层或泥浆与砼的混合层中，形成断桩。
4）在提拔导管时，钢筋笼卡住导管，在砼初凝前无法提起，造成砼灌注中断，形成断桩。
5）导管接口渗漏致使泥浆进入导管内，在砼内形成夹层，造成断桩。
6）导管埋置深度过深，无法提起导管或将导管拔断，造成断桩。
7）由于其他意外原因造成砼不能连续灌注，中断时间超过砼初凝时间，致使导管无法提升，形成断桩。
1）导管使用前，要对导管进行检漏和抗拉力试验，以防导管渗漏。每节导管组装编号，导管安装完毕后要建立复核和检验制度。导管的直径应根据桩径和石料的最大粒径确定，尽量采用大直径导管。
2）下导管时，其底口距孔底的距离不大于40-50cm，同时要能保证首批砼灌注后能埋住导管至少1m。在随后的灌注过程中，导管的埋置深度一般控制在2-4m范围内。
3）砼的坍落度要控制在18-22cm、要求和易性好。若灌注时间较长时，可在砼中加入缓凝剂，以防止先期灌注砼初凝，堵塞导管。
4）在钢筋笼制作时，一般要采用对焊，以保证焊口平顺。当采用搭接焊时，要保证焊缝不要在钢筋内形成错台，以防钢筋笼卡住导管。
5）在提升导管时要通过测量砼的灌注深度及已拆下导管长度，认真计算提拔导管的长度，严禁不经测量和计算而盲目提拔导管，一般情况下一次只能拆除卸一节导管。
6）关键设备要有备用，材料要准备充足，以保证砼能够连续灌注。
7）当砼堵塞导管时，可采用拔插抖动导管，当所堵塞的导管长度较短时，也可用型钢插入导管内进行冲击来疏通导管，也可在导管上固定附着式振捣器进行振动来疏通导管内的砼。
8）当钢筋笼卡住导管后，可设法转动导管，使之脱离钢筋笼。
桩头质量差
1）在砼强度未形成或未达到一定强度（70%）就进行凿除时，会对砼产生扰动，破坏砼强度形成，或使砼内部产生细小裂纹。
2）对设计桩顶的标高计算或测量不准，导致灌注砼提前结束，致使桩头标高低于设计标高。
3）在灌注水下砼时，未按《规范》要求进行超灌、超灌高度不足或无法进行超灌。
4）泥浆稠度大且回淤厚度大，造成砼与泥浆的混合层较厚。
5）清孔不彻底或回淤测量有误。
6）灌注砼完成后，立即掏浆至桩顶设计标高，可能使泥浆掺入砼内，同时减少了对桩头砼的压力，致使砼的强度有所下降。
1）当砼灌至距桩头较近时，要提高漏斗口至少高出桩顶4m，也可搭一3m高的平台，在平台上进行灌注砼，以便砼在压力的作用下能够将泥浆顶起。
2）灌注砼时应比桩顶设计标高至少超灌80cm，以保证桩顶处砼在超灌部分自重作用下的密实，同时保证桩头处的砼中不含泥浆。
3）在砼灌注后必须达到一定强度（要求70%以上，平均气温在15℃以上时，一般龄期达到7d即可，气温较低时必须延长龄期）时才能丰破除桩头。严禁砼灌注完毕后随即进行掏浆。
4）凿桩头时当凿至距设计位置10cm左右时，应注意先对设计桩头标高处的四周进行凿除，然后再凿除中间部分，桩头破除后形状应呈平面或桩中略有凸起，以利接柱或浇筑系梁砼前冲洗桩头。
5）严禁使用爆破法进行破桩头。
钻孔桩中心偏位
1）桩位定位存在误差。
2）护筒的形状不符合要求或埋设时出现偏差。
3）钢筋笼定位不准确。
1）在桩位定位时要认真复核，做好骑马式控制桩并采取一定的保护措施，以便能够准确确定钻头中心及对钢筋笼进行准确定位。
2）护筒的形状要符合要求，埋设时其四周的回填要密实，防止在钻进过程中发生移动。
3）钢筋笼定位准确，固定要牢固，经复核无误后方可灌注砼。
常见问题
原因分析
防止措施
斜孔
1）钻机未处于水平位置，或施工场地未整平及压实，在钻进过程中发生不均匀沉降。
2）钻孔平台基底座不稳固、未处于水平状态，在钻孔过程中，钻机架发生不均匀变形。
3）钻杆弯曲，接头松动，致使钻头晃动范围较大。
4）土层软硬不均，致使钻头受力不均，或遇到孤石，探头石等。
1）钻机就位前，应对施工现场进行整平和压实，并把钻机调整到水平状态，在钻进过程中，应经常检查使钻机始终处于水平状态工作。钻机平台在钻机就位前，必须进行安装验收，其平台要牢固、水平、钻机架要稳定。
2）应使钻机顶部的起重滑轮槽、钻杆的卡盘和护筒桩位的中心在同一垂直线上，并在钻进过程中防止钻机移位或出现过大的摆。
3）要经常对钻杆进行检查，对弯曲的钻杆要及时调整或废弃。
4）使用冲击钻施工时冲程不要过大，尽量采用二次成孔，以保证成孔的重直度。
缩孔
1）地质构造中含有软弱层，在钻孔通过该层中，软弱层在土压力的作用下，向孔内挤压形成缩孔。
2）地质构造中塑性土层，遇水膨胀，形成缩孔。
3）钻头磨损过快，未及时补焊，从而形成缩孔。
1）根据地质钻探资料及钻井中的土质变化，若发现含有软弱层或塑性土时，要注意经常扫孔。
2）经常检查钻头，当出现磨损时要及时补焊，把磨损较多的钻头补焊后，再进行扩孔至设计桩径。
孔壁坍塌
1）由于泥浆稠度小，护壁效果差，出现漏水；或护筒埋置较浅，或周围封堵不密实而出现漏水；或护筒底部的粘土层厚度不足，护筒底部漏水等原因，造成泥浆水头高度不够，对孔壁压力减少。
2）泥浆相对密度过小，致使水头对孔壁的压力较小。
3）在松软砂层中钻孔时进尺过快，泥浆护壁形成较慢，并壁渗水。
4）钻进时未连续作业，中途停钻时间较长，孔内水头未能保持在孔外水位或地下水位线以上2m，降低了水头对孔壁的压力。
5）操作不当，提升钻头或吊放钢筋笼时碰撞孔壁。
6）钻孔附近有大型设备作业，或有临是时通行便道，车辆通行时产生振动。
7）清孔后未及时浇注砼，放置时间过长。
1）在钻孔附近，不要设临时通过便道，禁止有大型设备作业。
2）在地面埋置护筒时，应在底部夯填50cm厚的粘土，在护筒周围也要夯填粘土，并注意夯实，护筒周围要均匀回填，保证护筒稳固和防止地面水的渗入。
3）水中振动沉入护筒时，应根据地质资料，将护筒沉穿於泥及透不层，护筒之间的接头要密封好，防止漏水。
4）应根据设计部门提供的地质勘探资料，根据地质情况的不同，选用适宜的泥浆比重、泥浆粘度有不同的钻进速度。如在砂层中钻孔时，应加大泥浆稠度，选用较好的造浆材料，提高泥浆的粘度以加强护壁，并适当降低进尺速度。
5）钻孔时要连续作业，无特殊情况中途不得停钻。
6）提升钻头、下放钢筋笼时应保持垂直,尽量不要碰撞孔壁.
7）若浇筑准备工作不充分,暂时不要进行清孔,清孔合格后要及时浇筑砼。
9）供水时不得将水管直接冲射孔壁，孔口附近不得集聚地表水。
卡钻
1）孔内出现梅花孔、探头石或缩孔。
2）下钻头时太猛，或钢丝绳松绳太长，使钻头倾倒卡在并壁上。
3）坍孔时落下的石块或落下较大的工具将钻头卡住。
4）出现缩孔后，补焊后的钻头尺寸加大，冲击太猛，冲锥被吸住。
5）使用冲击钻在粘土地层中进行钻孔时，冲程量过大，或泥浆太稠，冲锥被吸住。
1）对于上下能活动的卡钻，可以采用上下轻微提动钻头，并辅以转动钢丝绳，使钻头转动，以便提起。
2）下钻时不可太猛。
3）对钻头进行补焊时，要保证尺寸与孔径配套。
4）使用冲击钻进行施工时冲程量不宜过大，以防锥头倾倒造成卡钻。
护筒底部井壁坍塌
1）护筒底部及周围未用粘土回填或夯实不足，在钻进过程中或灌注过程中泥浆护筒底掏空。
2）由于提供的地质钻探资料不祥，使护筒底产处于淤泥或砂层少。
3）护筒直径较小。
4）地表水渗入护筒外围填土中，造成填土松软。
1）护筒底部应回填至少50cm厚的粘土，当土质为砂性土时护筒周围0.5-1.0m范围内也应用粘土回填并夯实。
2）根据设计部门提供的地质资料，护筒底部应穿过淤泥和砂层。
3）护筒直径应大于设计孔径20-30cm（有钻杆的正反循环钻）、30-40cm（无钻杆的潜水电钻或冲击钻）。
4）护筒出浆孔处应用粘土夯填，同时应保持出浆顺利，周围不得有积水，避免护筒周围泥土流失，造成坍孔。
钢筋笼
变形
1）当钢筋笼较长时，未加设临时固定杆。
2）吊点位置不对。
3）加劲箍筋间距大，或直径小刚度不够。
4）吊点处未设置加强筋。
1）钢筋笼上每隔2-2.5m增设一道加劲箍筋，在吊点位置应设置加强筋。在加强筋上加做十字交叉钢筋来提高加强筋的刚度，以增强抗变形能力，在钢筋笼入井时，再将十字交叉筋割除。
2）钢筋笼尽量采用一次整体入孔，若钢筋笼较长不能一次整体入孔时，也尽量少分段，以减少入孔时间；分段的钢筋笼也要设临时固定杆，并备足焊接设备，尽量缩短焊接时间；两钢筋笼对接时，上下节中心线保持一致。若能整体入孔时，应在钢筋笼内侧设置临时固定杆整体入孔，入孔后再拆除临时固定杆件。
3）吊点位置应选好，钢筋笼较短时可采用一个吊点，较长时可采用二个吊点。
钢筋笼
下沉
1）钢筋笼固定不牢固或固定措施不得当。
2）测量定位出现误差或在灌注砼过程中，导管碰撞钢筋笼。
3）在施工过程中，桩位控制点未采取保护措施，出现人为移动。
1）在钢筋笼定位后，将钢筋笼牢固固定在位于护筒之上的垫木上。垫木应该用20cm×20cm×300～400cm长方木根。
2）护筒周围的回填土要夯实，防止护筒移位。
3）测量定位要准确，要用控制桩进行复测核，复核无误后方可进行水下砼灌注。
钢筋笼
上浮
1）当灌注的砼接近钢筋笼底部时灌注速度过快，砼将钢筋笼托起；或提升导管速度过快，带动砼上升，导致钢筋笼上浮。
2）在提升导管时，导管挂在钢筋笼上，钢筋笼随同导管一同上升。
1）当所灌注的砼接近钢筋笼时，要适当放慢砼的灌注速度，待导管底口提高至钢筋笼内至少2m以上时方可恢复正常的灌注速度。
2）在安放导管时，应使导管的中心与钻孔中心尽量重合，导管接头处应做好防挂措施，以防止提升导管时挂住钢筋笼，造成钢筋笼上浮
断桩
1）砼坍落度小、离析或石料粒径较小，在砼灌注过程中堵塞导管，且在砼初凝前未能疏通好，不得不提起导管时，从而形成断桩。
2）由于计算错误致使导管底口距孔底距离较大，致使首批灌注的砼不能埋住导管，从而形成断桩。
3）在导管提拔时，由于测量或计算错误，或盲目提拔导管使导管提拔过量，从而使导管底口拔出砼面，或使导管口处于泥浆层或泥浆与砼的混合层中，形成断桩。
4）在提拔导管时，钢筋笼卡住导管，在砼初凝前无法提起，造成砼灌注中断，形成断桩。
5）导管接口渗漏致使泥浆进入导管内，在砼内形成夹层，造成断桩。
6）导管埋置深度过深，无法提起导管或将导管拔断，造成断桩。
7）由于其他意外原因造成砼不能连续灌注，中断时间超过砼初凝时间，致使导管无法提升，形成断桩。
1）导管使用前，要对导管进行检漏和抗拉力试验，以防导管渗漏。每节导管组装编号，导管安装完毕后要建立复核和检验制度。导管的直径应根据桩径和石料的最大粒径确定，尽量采用大直径导管。
2）下导管时，其底口距孔底的距离不大于40-50cm，同时要能保证首批砼灌注后能埋住导管至少1m。在随后的灌注过程中，导管的埋置深度一般控制在2-4m范围内。
3）砼的坍落度要控制在18-22cm、要求和易性好。若灌注时间较长时，可在砼中加入缓凝剂，以防止先期灌注砼初凝，堵塞导管。
4）在钢筋笼制作时，一般要采用对焊，以保证焊口平顺。当采用搭接焊时，要保证焊缝不要在钢筋内形成错台，以防钢筋笼卡住导管。
5）在提升导管时要通过测量砼的灌注深度及已拆下导管长度，认真计算提拔导管的长度，严禁不经测量和计算而盲目提拔导管，一般情况下一次只能拆除卸一节导管。
6）关键设备要有备用，材料要准备充足，以保证砼能够连续灌注。
7）当砼堵塞导管时，可采用拔插抖动导管，当所堵塞的导管长度较短时，也可用型钢插入导管内进行冲击来疏通导管，也可在导管上固定附着式振捣器进行振动来疏通导管内的砼。
8）当钢筋笼卡住导管后，可设法转动导管，使之脱离钢筋笼。
桩头质量差
1）在砼强度未形成或未达到一定强度（70%）就进行凿除时，会对砼产生扰动，破坏砼强度形成，或使砼内部产生细小裂纹。
2）对设计桩顶的标高计算或测量不准，导致灌注砼提前结束，致使桩头标高低于设计标高。
3）在灌注水下砼时，未按《规范》要求进行超灌、超灌高度不足或无法进行超灌。
4）泥浆稠度大且回淤厚度大，造成砼与泥浆的混合层较厚。
5）清孔不彻底或回淤测量有误。
6）灌注砼完成后，立即掏浆至桩顶设计标高，可能使泥浆掺入砼内，同时减少了对桩头砼的压力，致使砼的强度有所下降。
1）当砼灌至距桩头较近时，要提高漏斗口至少高出桩顶4m，也可搭一3m高的平台，在平台上进行灌注砼，以便砼在压力的作用下能够将泥浆顶起。
2）灌注砼时应比桩顶设计标高至少超灌80cm，以保证桩顶处砼在超灌部分自重作用下的密实，同时保证桩头处的砼中不含泥浆。
3）在砼灌注后必须达到一定强度（要求70%以上，平均气温在15℃以上时，一般龄期达到7d即可，气温较低时必须延长龄期）时才能丰破除桩头。严禁砼灌注完毕后随即进行掏浆。
4）凿桩头时当凿至距设计位置10cm左右时，应注意先对设计桩头标高处的四周进行凿除，然后再凿除中间部分，桩头破除后形状应呈平面或桩中略有凸起，以利接柱或浇筑系梁砼前冲洗桩头。
5）严禁使用爆破法进行破桩头。
钻孔桩中心偏位
1）桩位定位存在误差。
2）护筒的形状不符合要求或埋设时出现偏差。
3）钢筋笼定位不准确。
1）在桩位定位时要认真复核，做好骑马式控制桩并采取一定的保护措施，以便能够准确确定钻头中心及对钢筋笼进行准确定位。
2）护筒的形状要符合要求，埋设时其四周的回填要密实，防止在钻进过程中发生移动。
3）钢筋笼定位准确，固定要牢固，经复核无误后方可灌注砼。
#轴承#《你知道轴承也会失效吗？》
一、轴承的失效机理
1．接触疲劳失效
接触疲劳失效系指轴承工作表面受到交变应力的作用而产生失效。接触疲劳剥落发生在轴承工作表面，往往也伴随着疲劳裂纹，首先从接触表面以下最大交变切应力处产生，然后扩展到表面形成不同的剥落形状，如点状为点蚀或麻点剥落，剥落成小片状的称浅层剥落。由于剥落面的逐渐扩大，而往往向深层扩展，形成深层剥落。深层剥落是接触疲劳失效的疲劳源。
2．磨损失效
磨损失效系指表面之间的相对滑动摩擦导致其工作表面金属不断磨损而产生的失效。持续的磨损将引起轴承零件逐渐损坏，并最终导致轴承尺寸精度丧失及其它相关问题。磨损可能影响到形状变化，配合间隙增大及工作表面形貌变化，可能影响到润滑剂或使其污染达到一定程度而造成润滑功能完全丧失，因而使轴承丧失旋转精度乃至不能正常运转。磨损失效是各类轴承常见的失效模式之一，按磨损形式通常可分为最常见的磨粒磨损和粘着磨损。
磨粒磨损系指轴承工作表面之间挤入外来坚硬粒子或硬质异物或金属表面的磨屑且接触表面相对移动而引起的磨损，常在轴承工作表面造成犁沟状的擦伤。硬质粒子或异物可能来自主机内部或来自主机系统其它相邻零件由润滑介质送进轴承内部。粘着磨损系指由于摩擦表面的显微凸起或异物使摩擦面受力不均，在润滑条件严重恶化时，因局部摩擦生热，易造成摩擦面局部变形和摩擦显微焊合现象，严重时表面金属可能局部熔化，接触面上作用力将局部摩擦焊接点从基体上撕裂而增大塑性变形。这种粘着——撕裂——粘着的循环过程构成了粘着磨损，一般而言，轻微的粘着磨损称为擦伤，严重的粘着磨损称为咬合。
3．断裂失效
轴承断裂失效主要原因是缺陷与过载两大因素。当外加载荷超过材料强度极限而造成零件断裂称为过载断裂。过载原因主要是主机突发故障或安装不当。轴承零件的微裂纹、缩孔、气泡、大块外来杂物、过热组织及局部烧伤等缺陷在冲击过载或剧烈振动时也会在缺陷处引起断裂，称为缺陷断裂。应当指出，轴承在制造过程中，对原材料的入厂复验、锻造和热处理质量控制、加工过程控制中可通过仪器正确分析上述缺陷是否存在，今后仍必须加强控制。但一般来说，通常出现的轴承断裂失效大多数为过载失效。
4．游隙变化失效
轴承在工作中，由于外界或内在因素的影响，使原有配合间隙改变，精度降低，乃至造成“咬死”称为游隙变化失效。外界因素如过盈量过大，安装不到位，温升引起的膨胀量、瞬时过载等，内在因素如残余奥氏体和残余应力处于不稳定状态等均是造成游隙变化失效的主要原因。
轴承失效分析方法
在分析轴承失效的过程中，往往会碰到许多错综复杂的现象，各种实验结果可能是相互矛盾或者主次不清，这就需要经过反复实验、论证，以获得足够的证据或反证。只有运用正确的分析方法、程序、步骤，才能找到引发失效的真正原因。
一般情况下轴承失效分析大体可分为以下三个步骤：失效实物和背景资料的收集、对失效实物的宏观检查和微观分析。
1.失效实物和背景材料的收集
尽可能地收集到失效事物的各个零件和残片。充分了解失效轴承的工作条件、使用过程和制造质量等。具体内容包括：
（1）主机的载荷、转速、工作状况等轴承的设计工作条件。
（2）轴承及其相关部位其他零件的失效情况，轴承失效的类型。
（3）轴承的安装运转记录。运转使用过程中有无不正常操作。
（4）轴承工作中所承受的实际载荷是否符合原设计。
（5）轴承工作的实际转速及不同转速出现的频率。
（6）失效时是否有温度的急剧增加或冒烟，是否有噪声及振动。
（7）工作环境中有无腐蚀性介质，轴承与轴颈间有无特殊的表面氧化色或其他沾污色。
（8）轴承的安装记录（包括安装前轴承尺寸公差的复验情况），轴承原始间隙、装配和对中情况，轴承座和机座刚性如何，安装是否有异常。
（9）轴承运转是否有热膨胀及动力传递变化。
（10）轴承的润滑情况，包括润滑剂的牌号、成分、颜色、粘度、杂质含量、过滤、更换及供给情况等，并收集其沉淀物。
（11）轴承的选材是否正确，用材质量是否符合有关标准或图样要求。
（12）轴承的制造工艺过程是否正常，表面是否有塑性变形，有没有表面磨削烧伤。
（13）失效轴承的修复和保养记录。
（14）同批或同类轴承的失效情况。
在收集实际背景材料工作中，全部满足上述要求是很难的。但收集到的资料越多，无疑会更有利于得到正确的分析结论。
2.宏观检查
对失效轴承进行宏观检查（包括尺寸公差测量和表面状态检查分析），是失效分析最重要的环节。总体的外观检查，可了解轴承失效的概貌和损坏部位的特征，估计造成失效的起因，察看缺陷的大小、形状、部位、数量和特征，并截取适当部位做进一步的的微观检查和分析。宏观检查的内容包括：
（1）外形和尺寸的变化情况（包括测振分析、动态函数分析和滚道圆度分析）。
（2）游隙的变化情况。
（3）是否有腐蚀现象，在什么部位，是什么类型的腐蚀，是否与失效直接有关。
（4）是否有裂纹，裂纹的形态和断口性质如何。
（5）磨损是什么类型的，对失效有多大作用。
（6）观察轴承各零件工作表面变色的情况和部位以确定其润滑情况和表面温度效应。
（7）对失效特征区主要观察有无异常磨损、外来颗粒嵌入、裂纹、擦伤和其他缺陷。
（8）冷酸洗法或热酸洗法检验轴承零件原始表面有无软点、脱碳层和烧伤，特别是表面磨削烧伤。
（9）用X射线应力测定仪器测量轴承工作前后的应力变化情况。
宏观检查的结果，有时可基本判断失效的形式和原因，但要进一步确定失效的性质，还必须取得更多的证据，做微观分析。
3.微观分析
失效轴承的微观分析包括光学金相分析、电子显微镜分析、探针和电子能谱分析等。主要是根据失效特征区的微观组织结构变化和对疲劳源、裂纹源的分析为失效分析提供更充分的判据或反证。微观分析中最常用、最普遍的方法是光学金相分析和对表面硬度检测。分析的内容应包括：
（1）材料质量是否符合有关标准和设计要求。
（2）轴承零件的基本组织和热处理质量是否符合有关要求。
（3）表层组织是否存在脱碳层、托氏体和其他表面加工变质层。
（4）测量渗碳层等表面强化层和多层金属各层组织的深度，腐蚀坑或裂纹的形态与深度，并根据裂纹的形状和两侧组织特征确定裂纹产生的原因及性质。
（5）根据晶粒大小、组织变形、局部相变、重结晶、相聚集等判断变形程度、温升情况、材料种类及工艺过程等。
（6）测量基本硬度、硬度均匀性及失效特征区的硬度变化。
（7）断口观察与分析。用扫描电子显微镜定性分析和测量观察断口。
（8）电子显微镜、探针和电子能谱在疲劳源和裂纹源分析中能测出断口的成分，发现断口的性质和断裂的原因。
以上介绍的轴承失效分析一般方法的三个步骤是一个由表及里逐步深入的分析过程。具体每一步骤中包含的内容应根据轴承失效的类型和特点，视具体情况取舍，但分析步骤是缺一不可的。而且在整个分析过程中，分析结果应始终与影响轴承失效的诸多因素联系起来，综合考虑。
三、轴承常见失效模式及对策
1．沟道单侧极限位置剥落
沟道单侧极限位置剥落主要表现在沟道与挡边交界处有严重的剥落环带。产生原因是轴承安装不到位或运转过程中突发轴向过载。采取对策是确保轴承安装到位或将自由侧轴承外圈配合改为间隙配合，以期轴承过载时使轴承得到补偿。
2．沟道在圆周方向呈对称位置剥落
对称位置剥落表现在内圈为周围环带剥落，而外圈呈周向对称位置剥落（即椭圆的短轴方向），其产生原因主要是因为外壳孔椭圆过大或两半分离式外壳孔结构，这在摩托车用凸轮轴轴承中表现尤为明显。当轴承压入椭圆偏大的外壳孔中或两半分离式外壳固紧时，使轴承外圈产生椭圆，在短轴方向的游隙明显减少甚至负游隙。轴承在载荷的作用下，内圈旋转产生周向剥落痕迹，外圈只在短轴方向的对称位置产生剥落痕迹。这是该轴承早期失效的主要原因，经对该轴承失效件检验表明，该轴承外径圆度已从原工艺控制的0.8μm变为27μm。此值远远大于径向游隙值。因此，可以肯定该轴承是在严重变形及负游隙下工作的，工作面上易早期形成异常的急剧磨损与剥落。采取的对策是提高外壳孔加工精度或尽可能不采用外壳孔两半分离结构。
3．滚道倾斜剥落
在轴承工作面上呈倾斜剥落环带，说明轴承是在倾斜状态下工作的，当倾斜角达到或超过临界状态时，易早期形成异常的急剧磨损与剥落。产生的原因主要是因为安装不良，轴有挠度、轴颈与外壳孔精度低等，采取对策为确保轴承安装质量与提高轴肩、孔肩的轴向跳动精度。
4．套圈断裂
套圈断裂失效一般较少见，往往是突发性过载造成。产生原因较为复杂，如轴承的原材料缺陷（气泡、缩孔）、锻造缺陷（过烧）、热处理缺陷（过热）、加工缺陷（局部烧伤或表面微裂纹）、主机缺陷（安装不良、润滑贫乏、瞬时过载）等，一旦受过载冲击负荷或剧烈振动均有可能使套圈断裂。采取对策为避免过载冲击载荷、选择适当的过盈量、提
安装精度、改善使用条件及加强轴承制造过程中的质量控制。
5．保持架断裂
保持架断裂属于偶发性非正常失效模式。其产生原因主要有以下五个方面：
a．保持架异常载荷。如安装不到位、倾斜、过盈量过大等易造成游隙减少，加剧摩擦生热，表面软化，过早出现异常剥落，随着剥落的扩展，剥落异物进入保持架兜孔中，导致保持架运转阻滞并产生附加载荷，加剧了保持架的磨损，如此恶化的循环作用，便可能造成保持架断裂。
b．润滑不良主要指轴承运转处于贫油状态，易形成粘着磨损，使工作表面状态恶化，粘着磨损产生的撕裂物易进入保持架，使保持架产生异常载荷，有可能造成保持架断裂。
c．外来异物的侵入是造成保持架断裂失效的常见模式。由于外来硬质异物的侵入，加剧了保持架的磨损与产生异常附加载荷，也有可能导致保持架断裂。
d．蠕变现象也是造成保持架断裂的原因之一。所谓蠕变多指套圈的滑动现象，在配合面过盈量不足的情况下，由于滑动而使载荷点向周围方向移动，产生套圈相对轴或外壳向圆周方向位置偏离的现象。蠕变一旦产生，配合面显着磨损，磨损粉末有可能进入轴承内部，形成异常磨损——滚道剥落——保持架磨损及附加载荷的过程，以至可能造成保持架断裂。
e．保持架材料缺陷（如裂纹、大块异金属夹杂物、缩孔、气泡）及铆合缺陷（缺钉、垫钉或两半保持架结合面空隙，严重铆伤）等均可能造成保持架断裂。采取对策为在制造过程中加以严格控制。
四、总结
综上所述，从轴承常见失效机理与失效模式可知，尽管滚动轴承是精密而可靠的机构基础体，但使用不当也会引起早期失效。一般情况下，如果能正确使用轴承，可使用至疲劳寿命为止。轴承的早期失效多起于主机配合部位的制造精度、安装质量、使用条件、润滑效果、外部异物侵入、热影响及主机突发故障等方面的因素。因此，正确合理地使用轴承是一项系统工程，在轴承结构设计、制造和装机过程中，针对产生早期失效的环节，采取相应的措施，可有效地提高轴承及主机的使用寿命，这是制造厂和客户应负有的共同责任。
一、轴承的失效机理
1．接触疲劳失效
接触疲劳失效系指轴承工作表面受到交变应力的作用而产生失效。接触疲劳剥落发生在轴承工作表面，往往也伴随着疲劳裂纹，首先从接触表面以下最大交变切应力处产生，然后扩展到表面形成不同的剥落形状，如点状为点蚀或麻点剥落，剥落成小片状的称浅层剥落。由于剥落面的逐渐扩大，而往往向深层扩展，形成深层剥落。深层剥落是接触疲劳失效的疲劳源。
2．磨损失效
磨损失效系指表面之间的相对滑动摩擦导致其工作表面金属不断磨损而产生的失效。持续的磨损将引起轴承零件逐渐损坏，并最终导致轴承尺寸精度丧失及其它相关问题。磨损可能影响到形状变化，配合间隙增大及工作表面形貌变化，可能影响到润滑剂或使其污染达到一定程度而造成润滑功能完全丧失，因而使轴承丧失旋转精度乃至不能正常运转。磨损失效是各类轴承常见的失效模式之一，按磨损形式通常可分为最常见的磨粒磨损和粘着磨损。
磨粒磨损系指轴承工作表面之间挤入外来坚硬粒子或硬质异物或金属表面的磨屑且接触表面相对移动而引起的磨损，常在轴承工作表面造成犁沟状的擦伤。硬质粒子或异物可能来自主机内部或来自主机系统其它相邻零件由润滑介质送进轴承内部。粘着磨损系指由于摩擦表面的显微凸起或异物使摩擦面受力不均，在润滑条件严重恶化时，因局部摩擦生热，易造成摩擦面局部变形和摩擦显微焊合现象，严重时表面金属可能局部熔化，接触面上作用力将局部摩擦焊接点从基体上撕裂而增大塑性变形。这种粘着——撕裂——粘着的循环过程构成了粘着磨损，一般而言，轻微的粘着磨损称为擦伤，严重的粘着磨损称为咬合。
3．断裂失效
轴承断裂失效主要原因是缺陷与过载两大因素。当外加载荷超过材料强度极限而造成零件断裂称为过载断裂。过载原因主要是主机突发故障或安装不当。轴承零件的微裂纹、缩孔、气泡、大块外来杂物、过热组织及局部烧伤等缺陷在冲击过载或剧烈振动时也会在缺陷处引起断裂，称为缺陷断裂。应当指出，轴承在制造过程中，对原材料的入厂复验、锻造和热处理质量控制、加工过程控制中可通过仪器正确分析上述缺陷是否存在，今后仍必须加强控制。但一般来说，通常出现的轴承断裂失效大多数为过载失效。
4．游隙变化失效
轴承在工作中，由于外界或内在因素的影响，使原有配合间隙改变，精度降低，乃至造成“咬死”称为游隙变化失效。外界因素如过盈量过大，安装不到位，温升引起的膨胀量、瞬时过载等，内在因素如残余奥氏体和残余应力处于不稳定状态等均是造成游隙变化失效的主要原因。
轴承失效分析方法
在分析轴承失效的过程中，往往会碰到许多错综复杂的现象，各种实验结果可能是相互矛盾或者主次不清，这就需要经过反复实验、论证，以获得足够的证据或反证。只有运用正确的分析方法、程序、步骤，才能找到引发失效的真正原因。
一般情况下轴承失效分析大体可分为以下三个步骤：失效实物和背景资料的收集、对失效实物的宏观检查和微观分析。
1.失效实物和背景材料的收集
尽可能地收集到失效事物的各个零件和残片。充分了解失效轴承的工作条件、使用过程和制造质量等。具体内容包括：
（1）主机的载荷、转速、工作状况等轴承的设计工作条件。
（2）轴承及其相关部位其他零件的失效情况，轴承失效的类型。
（3）轴承的安装运转记录。运转使用过程中有无不正常操作。
（4）轴承工作中所承受的实际载荷是否符合原设计。
（5）轴承工作的实际转速及不同转速出现的频率。
（6）失效时是否有温度的急剧增加或冒烟，是否有噪声及振动。
（7）工作环境中有无腐蚀性介质，轴承与轴颈间有无特殊的表面氧化色或其他沾污色。
（8）轴承的安装记录（包括安装前轴承尺寸公差的复验情况），轴承原始间隙、装配和对中情况，轴承座和机座刚性如何，安装是否有异常。
（9）轴承运转是否有热膨胀及动力传递变化。
（10）轴承的润滑情况，包括润滑剂的牌号、成分、颜色、粘度、杂质含量、过滤、更换及供给情况等，并收集其沉淀物。
（11）轴承的选材是否正确，用材质量是否符合有关标准或图样要求。
（12）轴承的制造工艺过程是否正常，表面是否有塑性变形，有没有表面磨削烧伤。
（13）失效轴承的修复和保养记录。
（14）同批或同类轴承的失效情况。
在收集实际背景材料工作中，全部满足上述要求是很难的。但收集到的资料越多，无疑会更有利于得到正确的分析结论。
2.宏观检查
对失效轴承进行宏观检查（包括尺寸公差测量和表面状态检查分析），是失效分析最重要的环节。总体的外观检查，可了解轴承失效的概貌和损坏部位的特征，估计造成失效的起因，察看缺陷的大小、形状、部位、数量和特征，并截取适当部位做进一步的的微观检查和分析。宏观检查的内容包括：
（1）外形和尺寸的变化情况（包括测振分析、动态函数分析和滚道圆度分析）。
（2）游隙的变化情况。
（3）是否有腐蚀现象，在什么部位，是什么类型的腐蚀，是否与失效直接有关。
（4）是否有裂纹，裂纹的形态和断口性质如何。
（5）磨损是什么类型的，对失效有多大作用。
（6）观察轴承各零件工作表面变色的情况和部位以确定其润滑情况和表面温度效应。
（7）对失效特征区主要观察有无异常磨损、外来颗粒嵌入、裂纹、擦伤和其他缺陷。
（8）冷酸洗法或热酸洗法检验轴承零件原始表面有无软点、脱碳层和烧伤，特别是表面磨削烧伤。
（9）用X射线应力测定仪器测量轴承工作前后的应力变化情况。
宏观检查的结果，有时可基本判断失效的形式和原因，但要进一步确定失效的性质，还必须取得更多的证据，做微观分析。
3.微观分析
失效轴承的微观分析包括光学金相分析、电子显微镜分析、探针和电子能谱分析等。主要是根据失效特征区的微观组织结构变化和对疲劳源、裂纹源的分析为失效分析提供更充分的判据或反证。微观分析中最常用、最普遍的方法是光学金相分析和对表面硬度检测。分析的内容应包括：
（1）材料质量是否符合有关标准和设计要求。
（2）轴承零件的基本组织和热处理质量是否符合有关要求。
（3）表层组织是否存在脱碳层、托氏体和其他表面加工变质层。
（4）测量渗碳层等表面强化层和多层金属各层组织的深度，腐蚀坑或裂纹的形态与深度，并根据裂纹的形状和两侧组织特征确定裂纹产生的原因及性质。
（5）根据晶粒大小、组织变形、局部相变、重结晶、相聚集等判断变形程度、温升情况、材料种类及工艺过程等。
（6）测量基本硬度、硬度均匀性及失效特征区的硬度变化。
（7）断口观察与分析。用扫描电子显微镜定性分析和测量观察断口。
（8）电子显微镜、探针和电子能谱在疲劳源和裂纹源分析中能测出断口的成分，发现断口的性质和断裂的原因。
以上介绍的轴承失效分析一般方法的三个步骤是一个由表及里逐步深入的分析过程。具体每一步骤中包含的内容应根据轴承失效的类型和特点，视具体情况取舍，但分析步骤是缺一不可的。而且在整个分析过程中，分析结果应始终与影响轴承失效的诸多因素联系起来，综合考虑。
三、轴承常见失效模式及对策
1．沟道单侧极限位置剥落
沟道单侧极限位置剥落主要表现在沟道与挡边交界处有严重的剥落环带。产生原因是轴承安装不到位或运转过程中突发轴向过载。采取对策是确保轴承安装到位或将自由侧轴承外圈配合改为间隙配合，以期轴承过载时使轴承得到补偿。
2．沟道在圆周方向呈对称位置剥落
对称位置剥落表现在内圈为周围环带剥落，而外圈呈周向对称位置剥落（即椭圆的短轴方向），其产生原因主要是因为外壳孔椭圆过大或两半分离式外壳孔结构，这在摩托车用凸轮轴轴承中表现尤为明显。当轴承压入椭圆偏大的外壳孔中或两半分离式外壳固紧时，使轴承外圈产生椭圆，在短轴方向的游隙明显减少甚至负游隙。轴承在载荷的作用下，内圈旋转产生周向剥落痕迹，外圈只在短轴方向的对称位置产生剥落痕迹。这是该轴承早期失效的主要原因，经对该轴承失效件检验表明，该轴承外径圆度已从原工艺控制的0.8μm变为27μm。此值远远大于径向游隙值。因此，可以肯定该轴承是在严重变形及负游隙下工作的，工作面上易早期形成异常的急剧磨损与剥落。采取的对策是提高外壳孔加工精度或尽可能不采用外壳孔两半分离结构。
3．滚道倾斜剥落
在轴承工作面上呈倾斜剥落环带，说明轴承是在倾斜状态下工作的，当倾斜角达到或超过临界状态时，易早期形成异常的急剧磨损与剥落。产生的原因主要是因为安装不良，轴有挠度、轴颈与外壳孔精度低等，采取对策为确保轴承安装质量与提高轴肩、孔肩的轴向跳动精度。
4．套圈断裂
套圈断裂失效一般较少见，往往是突发性过载造成。产生原因较为复杂，如轴承的原材料缺陷（气泡、缩孔）、锻造缺陷（过烧）、热处理缺陷（过热）、加工缺陷（局部烧伤或表面微裂纹）、主机缺陷（安装不良、润滑贫乏、瞬时过载）等，一旦受过载冲击负荷或剧烈振动均有可能使套圈断裂。采取对策为避免过载冲击载荷、选择适当的过盈量、提
安装精度、改善使用条件及加强轴承制造过程中的质量控制。
5．保持架断裂
保持架断裂属于偶发性非正常失效模式。其产生原因主要有以下五个方面：
a．保持架异常载荷。如安装不到位、倾斜、过盈量过大等易造成游隙减少，加剧摩擦生热，表面软化，过早出现异常剥落，随着剥落的扩展，剥落异物进入保持架兜孔中，导致保持架运转阻滞并产生附加载荷，加剧了保持架的磨损，如此恶化的循环作用，便可能造成保持架断裂。
b．润滑不良主要指轴承运转处于贫油状态，易形成粘着磨损，使工作表面状态恶化，粘着磨损产生的撕裂物易进入保持架，使保持架产生异常载荷，有可能造成保持架断裂。
c．外来异物的侵入是造成保持架断裂失效的常见模式。由于外来硬质异物的侵入，加剧了保持架的磨损与产生异常附加载荷，也有可能导致保持架断裂。
d．蠕变现象也是造成保持架断裂的原因之一。所谓蠕变多指套圈的滑动现象，在配合面过盈量不足的情况下，由于滑动而使载荷点向周围方向移动，产生套圈相对轴或外壳向圆周方向位置偏离的现象。蠕变一旦产生，配合面显着磨损，磨损粉末有可能进入轴承内部，形成异常磨损——滚道剥落——保持架磨损及附加载荷的过程，以至可能造成保持架断裂。
e．保持架材料缺陷（如裂纹、大块异金属夹杂物、缩孔、气泡）及铆合缺陷（缺钉、垫钉或两半保持架结合面空隙，严重铆伤）等均可能造成保持架断裂。采取对策为在制造过程中加以严格控制。
四、总结
综上所述，从轴承常见失效机理与失效模式可知，尽管滚动轴承是精密而可靠的机构基础体，但使用不当也会引起早期失效。一般情况下，如果能正确使用轴承，可使用至疲劳寿命为止。轴承的早期失效多起于主机配合部位的制造精度、安装质量、使用条件、润滑效果、外部异物侵入、热影响及主机突发故障等方面的因素。因此，正确合理地使用轴承是一项系统工程，在轴承结构设计、制造和装机过程中，针对产生早期失效的环节，采取相应的措施，可有效地提高轴承及主机的使用寿命，这是制造厂和客户应负有的共同责任。
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