ASCO電磁閥閥桿斷裂失效分析

　　ASCO電磁(ci)閥管線(xian)中的控制介質元件。某單位使用的1臺進口管線(xian)球閥，在(zai)項(xiang)目現場發生了(le)閥桿斷裂(lie)(lie)事故，導致此臺閥門無法正常使用，委(wei)托我公司(si)進行維修(xiu)。為(wei)了(le)找到閥桿斷裂(lie)(lie)的主要原因，特此進行了(le)以下分析(xi)。

　　ASCO電磁閥閥桿斷(duan)口(kou)位于(yu)O型圈槽與臺階的(de)過(guo)渡處，斷(duan)口(kou)面比較平整(zheng)（見圖(tu)1）。閥門經解體(ti)后發(fa)現：球面有明顯的(de)劃痕，并且有多(duo)處坑窩；閥座上的(de)O型圈已損壞，存在長(chang)約8mm左右的(de)缺口(kou)）。

　　1.分析過程

　　經解(jie)體(ti)(ti)后得知(zhi)：此閥(fa)門(men)結構為(wei)雙(shuang)向閥(fa)座密(mi)(mi)封(feng)(feng)固定(ding)式球閥(fa)，主要由閥(fa)體(ti)(ti)、左右連接體(ti)(ti)、閥(fa)桿、上(shang)(shang)下支撐(cheng)板(ban)、球體(ti)(ti)、密(mi)(mi)封(feng)(feng)圈(quan)、執行(xing)機構等組成；密(mi)(mi)封(feng)(feng)副由閥(fa)座組件上(shang)(shang)的(de)O型圈(quan)與(yu)球體(ti)(ti)球面構成；球體(ti)(ti)由上(shang)(shang)、下兩個支撐(cheng)板(ban)支撐(cheng)，通(tong)過旋轉(zhuan)執行(xing)機構帶動(dong)閥(fa)桿轉(zhuan)動(dong)，從而實現(xian)球體(ti)(ti)的(de)90°旋轉(zhuan)，并通(tong)過進、出口兩端閥(fa)座與(yu)球體(ti)(ti)的(de)密(mi)(mi)封(feng)(feng)，實現(xian)接通(tong)和截(jie)斷介質的(de)目的(de)。

　　這種結(jie)構(gou)形式的閥(fa)門(men)(men)特點是：閥(fa)門(men)(men)為筒狀體(ti)、固定球(qiu)結(jie)構(gou)，閥(fa)座(zuo)(zuo)采用雙座(zuo)(zuo)雙向自密封結(jie)構(gou)，同時(shi)有預緊彈(dan)簧(huang)，密封和自動泄放中(zhong)腔過(guo)高壓力的功能；閥(fa)門(men)(men)內置有支撐板，球(qiu)體(ti)通(tong)過(guo)上(shang)下支撐板固定于閥(fa)腔之中(zhong)，大(da)大(da)減小閥(fa)桿(gan)的受力情況。當閥(fa)門(men)(men)在(zai)正常(chang)工作(zuo)時(shi)，介質(zhi)的密封力通(tong)過(guo)支撐板作(zuo)用到(dao)連接體(ti)上(shang)，　　（2）力學性(xing)能試驗

　　斷(duan)裂閥桿加(jia)工(gong)成拉伸試(shi)樣，在(zai)WE-60型萬(wan)能材(cai)料試(shi)驗(yan)機進(jin)行拉伸試(shi)驗(yan)，試(shi)驗(yan)結果見表2。 表2  閥桿材(cai)料力(li)學(xue)性能試(shi)驗(yan)數據

　　抗拉強(qiang)度σb/MPa 屈服(fu)強(qiang)度σS/MPa 伸長率(lv)A（%）

　　從(cong)以上試驗數據可以得知：閥桿的(de)力(li)學性能是(shi)不達(da)標的(de)。為了探究力(li)學性能偏(pian)低的(de)原因(yin)，特(te)此進行(xing)了微觀組織分析(xi)。

　　（3）微觀組織分(fen)析

　　取樣部位(wei)為閥桿斷裂面，金相觀察縱截面金相組(zu)織為珠光(guang)(guang)體(ti)(ti)與鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)（見圖4），而且呈連(lian)續帶狀(zhuang)分布，帶狀(zhuang)組(zu)織達到(dao)5級組(zu)織中鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)晶界清晰可見，珠光(guang)(guang)體(ti)(ti)帶寬窄不一，見圖5。

　　從圖(tu)ASCO電(dian)磁閥顯(xian)看出：鐵素體和珠光體呈帶狀交替分布(bu)，呈現出較為明顯(xian)的(de)(de)帶狀組(zu)(zu)(zu)織(zhi)，內部(bu)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)極(ji)不均勻(yun)(yun)。低合金鋼(gang)經調質處理(li)后，內部(bu)應分布(bu)較為均勻(yun)(yun)的(de)(de)回火索(suo)氏體組(zu)(zu)(zu)織(zhi)。圖(tu)5為試(shi)樣(yang)經合理(li)熱處理(li)工藝進行調質處理(li)的(de)(de)金相組(zu)(zu)(zu)織(zhi)。

　　（4）表面硬(ying)度檢(jian)測

　　ASCO電磁閥布氏(shi)硬(ying)度試驗機上(shang)檢測硬(ying)度，其表面硬(ying)度190～207HBW，明(ming)顯偏低(di)。

　　（5）無損檢測

　　分別對斷裂閥桿按JB/T4730-2005的規定進行(xing)了磁粉(fen)和(he)超聲波(bo)探傷檢驗，結果(guo)顯示：表(biao)面(mian)及內部無超標(biao)缺陷(xian)。

　　3.扭(niu)矩及(ji)零件尺寸檢(jian)測(ce)

　　（1）扭矩檢測

　　ASCO電磁閥(fa)(fa)閥(fa)(fa)桿并組裝后，對事故閥(fa)(fa)門進行了扭矩測試(shi)，試(shi)驗(yan)結果見表3。

　　閥門扭(niu)矩測試數據

　　單面進壓，檢測閥門執(zhi)行(xing)機構輸出軸的扭矩(ju)

　　從以上數據(ju)得知(zhi)：閥(fa)(fa)門(men)的(de)(de)啟閉扭(niu)矩(ju)是隨著壓力(li)的(de)(de)增加而不斷增大的(de)(de)，當壓力(li)達(da)到(dao)公稱壓力(li)時，閥(fa)(fa)門(men)的(de)(de)啟閉扭(niu)矩(ju)為300N·m，折算(suan)到(dao)閥(fa)(fa)桿上的(de)(de)扭(niu)矩(ju)值為2704N·m。經(jing)計算(suan)，設(she)計扭(niu)矩(ju)應為270N·m左右，實際操(cao)作扭(niu)矩(ju)遠大于設(she)計扭(niu)矩(ju)。為了進(jin)(jin)一(yi)步找到(dao)扭(niu)矩(ju)劇增的(de)(de)其他原因，特此(ci)對此(ci)閥(fa)(fa)門(men)的(de)(de)關鍵零件進(jin)(jin)行了尺(chi)寸(cun)檢測。

　　（2）零件尺寸檢測

　　ASCO電磁閥閥門(men)解(jie)體(ti)(ti)后，用三坐標測(ce)量儀(yi)分別(bie)對支(zhi)撐板、閥體(ti)(ti)與連(lian)接體(ti)(ti)組件(jian)等關鍵零(ling)部件(jian)進行了尺寸(cun)(cun)檢測(ce)，檢測(ce)數(shu)據見表4。 閥門(men)關鍵零(ling)部件(jian)尺寸(cun)(cun)檢測(ce)數(shu)據

　　檢(jian)測部位 支撐(cheng)板兩端面到軸(zhou)孔中(zhong)心尺寸 閥(fa)體止(zhi)口端面至(zhi)閥(fa)體軸(zhou)孔中(zhong)心尺寸

　　對檢(jian)測(ce)數據進(jin)行分析(xi)得(de)知，支(zhi)(zhi)撐(cheng)板(ban)端(duan)面與連(lian)體端(duan)面存在較(jiao)大間(jian)隙(xi)。上支(zhi)(zhi)撐(cheng)板(ban)左邊間(jian)隙(xi)為1.53mm，右邊間(jian)隙(xi)為2.03mm；下(xia)支(zhi)(zhi)撐(cheng)板(ban)左邊間(jian)隙(xi)為1.36mm，右邊間(jian)隙(xi)為2.17mm。

　　若支(zhi)(zhi)撐板(ban)端面與連接(jie)體(ti)止口(kou)端面間(jian)隙(xi)過大，則在介質力(li)的作用下，支(zhi)(zhi)撐板(ban)會(hui)發(fa)生移動，將壓緊力(li)傳遞到(dao)閥(fa)桿上，這樣會(hui)使閥(fa)桿承受很大的扭矩和剪切力(li)。實(shi)踐證明：支(zhi)(zhi)撐板(ban)端面與連接(jie)體(ti)止口(kou)端面之(zhi)間(jian)間(jian)隙(xi)在0.2～0.5mm時較(jiao)為適宜。而此臺(tai)閥(fa)門(men)支(zhi)(zhi)撐板(ban)與連接(jie)體(ti)止口(kou)端面的間(jian)隙(xi)遠遠超過0.5mm，在介質力(li)的作用下，閥(fa)桿會(hui)承受較(jiao)大的扭矩。

　　4.結語

　　造成此臺(tai)管(guan)線球閥閥桿斷裂(lie)的(de)主要原因(yin)有：支撐板(ban)端面(mian)(mian)與連接(jie)體止口端面(mian)(mian)之間存在過大(da)的(de)間隙(xi)，尺寸超差；閥桿材料的(de)熱處理(li)工藝不當，導致閥桿的(de)強(qiang)度、硬(ying)度均低于標準(zhun)值(zhi)。