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凯时在线平台网址閥杆斷裂失效分析

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管線凯时在线平台网址是输油输气管線中不可缺少的控制介质元件。某单位使用的1台进口管線凯时在线平台网址,在项目现场发生了阀杆断裂事故,导致此台阀门无法正常使用,委托我公司进行维修。为了找到阀杆断裂的主要原因,特此进行了以下分析。

閥杆斷口位于O型圈槽與台階的過渡處,斷口面比較平整(見圖1)。閥門經解體後發現:球面有明顯的劃痕,並且有多處坑窩(見圖2);閥座上的O型圈已損壞,存在長約8mm左右的缺口(見圖3)。

1.分析過程

经解体后得知:此阀门结构为双向阀座密封固定式凯时在线平台网址,主要由阀体、左右连接体、阀杆、上下支撑板、球体、密封圈、执行机构等组成;密封副由阀座组件上的O型圈与球体球面构成;球体由上、下两个支撑板支撑,通过旋转执行机构带动阀杆转动,从而实现球体的90°旋转,并通过进、出口两端阀座与球体的密封,实现接通和截断介质的目的。

這種結構形式的閥門特點是:閥門爲筒狀體、固定球結構,閥座采用雙座雙向自密封結構,同時有預緊彈簧,保證密封可靠和自動泄放中腔過高壓力的功能;閥門內置有支撐板,球體通過上下支撐板固定于閥腔之中,大大減小閥杆的受力情況。當閥門在正常工作時,介質的密封力通過支撐板作用到連接體上,

2.理化分析及無損檢測

(1)化學成分 在光谱分析仪进行了光谱分析,分析结果参见表1。 表1  阀杆材料化学成分(质量分数)  (%)

  C Mo Cr Mn Si P S
標准值 0.28~0.33 0.15~0.25 0.8~1.10 0.4~0.6 0.15~0.35 ≤0.035 ≤0.040
檢測值 0.303 0.17 0.92 0.48 0.17 0.018 0.011

从以上分析数据可以得知:阀杆的材质符合ASTM A322对4130材料的要求。
(2)力學性能試驗
断裂阀杆加工成拉伸试样,在WE-60型万能材料试验机进行拉伸试验,试验结果见表2。 表2  阀杆材料力学性能试验数据

  抗拉強度σb/MPa 屈服強度σS/MPa 伸長率A(%)
標准要求 ≥1145 ≥1110 ≥26
試驗值 660 465 9

從以上試驗數據可以得知:閥杆的力學性能是不達標的。爲了探究力學性能偏低的原因,特此進行了微觀組織分析。
(3)微觀組織分析
取样部位为阀杆断裂面,金相观察纵截面金相组织为珠光体与铁素体(见图4),而且呈连续带状分布,带状组织达到5级(按GB/T13299-1991 C系列评级标准)。组织中铁素体晶界清晰可见,珠光体带宽窄不一,见图5。

從圖4明顯看出:鐵素體和珠光體呈帶狀交替分布,呈現出較爲明顯的帶狀組織,內部組織極不均勻。低合金鋼經調質處理後,內部應分布較爲均勻的回火索氏體組織。圖5爲試樣經合理熱處理工藝進行調質處理的金相組織。

(4)表面硬度檢測

閥杆在HB-3000型布氏硬度試驗機上檢測硬度,其表面硬度190~207HBW,明顯偏低。

(5)無損檢測

分別對斷裂閥杆按JB/T4730-2005的規定進行了磁粉和超聲波探傷檢驗,結果顯示:表面及內部無超標缺陷。

3.扭矩及零件尺寸檢測

(1)扭矩檢測

重新加工閥杆並組裝後,對事故閥門進行了扭矩測試,試驗結果見表3。

表3  閥門扭矩測試數據

  單面進壓,檢測閥門執行機構輸出軸的扭矩
壓力P/MPa 0.5 1.0 1.8 3.0 4.0 5.0 6.3
扭矩T/N·m 40 80 100 140 170 250 300

從以上數據得知:閥門的啓閉扭矩是隨著壓力的增加而不斷增大的,當壓力達到公稱壓力時,閥門的啓閉扭矩爲300N·m,折算到閥杆上的扭矩值爲2704N·m。經計算,設計扭矩應爲270N·m左右,實際操作扭矩遠大于設計扭矩。爲了進一步找到扭矩劇增的其他原因,特此對此閥門的關鍵零件進行了尺寸檢測。

(2)零件尺寸檢測

閥門解體後,用三坐標測量儀分別對支撐板、閥體與連接體組件等關鍵零部件進行了尺寸檢測,檢測數據見表4。

表4  閥門關鍵零部件尺寸檢測數據

檢測部位 支撐板兩端面到軸孔中心尺寸 閥體止口端面至閥體軸孔中心尺寸
檢測值/mm 上支撑板:62.770(右),62.223(左) 下支撑板:62.626(右),62.392(左) 左边:63.750 右边:64.800

對檢測數據進行分析得知,支撐板端面與連體端面存在較大間隙。上支撐板左邊間隙爲1.53mm,右邊間隙爲2.03mm;下支撐板左邊間隙爲1.36mm,右邊間隙爲2.17mm。

若支撐板端面與連接體止口端面間隙過大,則在介質力的作用下,支撐板會發生移動,將壓緊力傳遞到閥杆上,這樣會使閥杆承受很大的扭矩和剪切力。實踐證明:支撐板端面與連接體止口端面之間間隙在0.2~0.5mm時較爲適宜。而此台閥門支撐板與連接體止口端面的間隙遠遠超過0.5mm,在介質力的作用下,閥杆會承受較大的扭矩。

4.結語

造成此台管線凯时在线平台网址阀杆断裂的主要原因有:支撑板端面与连接体止口端面之间存在过大的间隙,尺寸超差;阀杆材料的热处理工艺不当,导致阀杆的强度、硬度均低于標准值。