2013年4月某220 kV输电线路停运期间29号塔I回中相Z-10型直角挂板突然断裂。线路为双回输电线路，长2×27.7 km；共85 基铁塔，导线型号LGJ-2×300/25，地线型号LGJ-95/55，采用36芯OP-GW光缆。直角挂板材质为Q235B。该输电线路工程于2011年开工建设，2012年12月竣工送电。

直角挂板属于架空输电线路金具中的连接金具,由于连接方向互成直角（见图 1）,因此变换灵活、适应性强，在线路上用于悬吊绝缘子串（见图2），主要承受机械载荷^[1]。直角挂板可分为三腿直角挂板和四腿直角挂板。断裂的直角挂板为四腿直角挂板，用于连接互成直角的单板，它可以直接与杆塔横担相连，作为绝缘子串的首件，亦可用于连接绝缘子及其他改变连接方向的任何连接^[2]。

图 1(Figure 1)

图 1 四腿直角挂板

图 2(Figure 2)

图 2 直角挂板连接位置

对断裂的直角挂板进行以下试验检验，以确定断裂原因。2.1 化学成分检测

按照《GB∕T 4336—2002 碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法》^[3]，采用SPECZRO-MAXx台式直读光谱仪对断裂的直角挂板取样进行化学成分检测，结果见表 1所示。由表 1可以看出，直角挂板各化学成分符合设计材质Q235B钢相关标准^[4]的要求。

表 1(Table 1)

表 1 断裂的直角挂板各化学成分质量分数 %

表 1 断裂的直角挂板各化学成分质量分数 %

按照《GB/T 229—2007 金属材料夏比摆锤冲击试验方法》^[5]，在断裂的直角挂板上取10 mm×7.5mm×55 mm的V形冲击试样,采用ZBC-300B冲击试验机进行冲击韧性检测，以确定直角挂板使用材质是否属于脆性材料，检测数据见表 2所示。结果表明，断裂的直角挂板使用材质韧性良好，符合《GB/T 700—2006 碳素结构钢》^[4]标准的要求，不属于脆性材料。

表 2(Table 2)

表 2 断裂的直角挂板冲击韧性检测结果 J

表 2 断裂的直角挂板冲击韧性检测结果 J

从宏观形貌上看，断裂的直角挂板标识清楚，外表镀锌，连接螺栓为4.8级M18高强度镀锌螺栓，符合Z-10型直角挂板使用连接螺栓的要求；断裂的直角挂板断裂位置为弯制部位，即螺栓连接部位（见图 3），将断口用2%柠檬酸三胺溶液煮沸清洗后，断口为平滑明亮结晶状，呈脆性断裂特征，无塑性变形，无疲劳痕迹（见图 4）。

图 3(Figure 3)

图 3 直角挂板断裂位置

图 4(Figure 4)

图 4 直角挂板断口呈脆性断裂特征

按照《GB/T 13298—1991 金属显微组织检验方法》^[6]，在断裂直角挂板上取样进行显微组织观察，结果表明，基体显微组织正常，为等轴晶状铁素体+珠光体，未见带状组织、魏氏组织、过热过烧等异常组织（见图 5）；裂纹尖端存在夹杂物（见图 6）。

图 5(Figure 5)

图 5 直角挂板显微组织

图 6(Figure 6)

图 6 裂纹尖端存在夹杂物

利用S3700 型Hitachi 扫描电子显微镜和XFLash Detector 510型Bruker能谱仪对断面形态和微区夹杂物进行观察和鉴别。SEM扫描结果表明，断裂直角挂板断口形貌为解理断裂，呈河流花样（见图 7），属于脆性断裂。EDS检测结果表明，在远离外表面镀锌层的断面上分布有大量的锌块，见图8—图 10、表 3。

图 7(Figure 7)

图 7 直角挂板断口SEM形貌

图 8(Figure 8)

图 8 距离外表面镀锌层较远处有锌块

图 9(Figure 9)

图 9 锌块面扫描形貌

图 10(Figure 10)

图 10 锌块EDS分析谱峰图

表 3(Table 3)

表 3 断面锌块EDS检测结果中各元素质量分数 %

表 3 断面锌块EDS检测结果中各元素质量分数 %

对裂纹尖端存在的夹杂物进行EDS检测，结果表明，夹杂物主要为脆性的硅酸盐和铝硅钙类（见图 11、图 12及表 4）。

图 11(Figure 11)

图 11 裂纹尖端夹杂物EDS检测图片

图 12(Figure 12)

图 12 裂纹尖端夹杂物EDS分析谱峰图

表 4(Table 4)

表 4 断裂的直角挂板夹杂物EDS检测结果中各化学成分质量分数 %

表 4 断裂的直角挂板夹杂物EDS检测结果中各化学成分质量分数 %

综合以上所有试验数据可以判断：由于硅酸盐和铝硅钙夹杂物属于脆性夹杂物，变形率低，与钢基体的变形率差别较大，造成在夹杂物与钢基体的交界面处产生应力集中，进而产生微裂纹或造成夹杂物本身开裂^{[7, 8, 9]}。

直角挂板一般采用中厚钢板经冲压弯曲而成，由于脆性夹杂物的存在，在弯制过程中发生开裂，在随后的镀锌过程中有锌渗入裂纹内部，因此断口存在大量锌块。在直角挂板承载服役阶段，由于微裂纹的产生或夹杂物本身开裂，在直角挂板的螺栓连接部位引起应力不均匀，为了保持变形协调，周围区域对高应力区加以约束，形成三向拉伸应力状态，导致裂纹扩展，最终发生完全脆性断裂。4 结论及建议

由于直角挂板在弯制部位存在大量脆性的硅酸盐和铝硅钙夹杂物，生产弯制时发生开裂，在随后的镀锌过程中，有锌渗入裂纹内部，因此断口存在大量锌块，在直角挂板承载服役阶段，受拉伸应力作用裂纹扩展，最终导致完全断裂。

针对以上原因，建议生产厂家选用材质纯净度较高的材料制作直角挂板。直角挂板属于连接金具，用于将悬式绝缘子组装成串，悬挂在杆塔上，如果发生断裂，会导致绝缘子脱落，造成输电线路故障，因此在安装前，建议对直角挂板进行宏观检测或磁粉无损探伤检验，确认其是否存在原始裂纹，防止由于直角挂板断裂而引发线路故障。