ASCO電磁閥閥桿斷裂失效分析

　　ASCO電(dian)磁閥(fa)(fa)(fa)(fa)管線(xian)中(zhong)的控制介質元件(jian)。某單位使(shi)用的1臺進(jin)口管線(xian)球閥(fa)(fa)(fa)(fa)，在項(xiang)目現場發生了閥(fa)(fa)(fa)(fa)桿(gan)斷(duan)裂事(shi)故，導(dao)致此臺閥(fa)(fa)(fa)(fa)門(men)無法正常使(shi)用，委托(tuo)我公司進(jin)行(xing)維修。為(wei)了找到閥(fa)(fa)(fa)(fa)桿(gan)斷(duan)裂的主要(yao)原因，特此進(jin)行(xing)了以(yi)下分析(xi)。

　　ASCO電磁閥(fa)閥(fa)桿斷口位于(yu)O型圈槽(cao)與臺(tai)階(jie)的(de)(de)過渡處(chu)，斷口面比較平整（見圖1）。閥(fa)門經(jing)解體后發現：球面有明(ming)顯的(de)(de)劃痕，并且有多處(chu)坑窩；閥(fa)座(zuo)上(shang)的(de)(de)O型圈已損(sun)壞，存在(zai)長約8mm左右的(de)(de)缺口）。

　　1.分析過程

　　經(jing)解體(ti)(ti)后得知：此閥(fa)門結(jie)構為雙(shuang)向閥(fa)座密封(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)下支(zhi)撐(cheng)(cheng)板、球體(ti)(ti)、密封(feng)圈、執行機(ji)構等組成；密封(feng)副由閥(fa)座組件上(shang)的O型圈與球體(ti)(ti)球面構成；球體(ti)(ti)由上(shang)、下兩個支(zhi)撐(cheng)(cheng)板支(zhi)撐(cheng)(cheng)，通(tong)過旋轉(zhuan)執行機(ji)構帶(dai)動(dong)閥(fa)桿轉(zhuan)動(dong)，從而實現(xian)球體(ti)(ti)的90°旋轉(zhuan)，并通(tong)過進、出口兩端閥(fa)座與球體(ti)(ti)的密封(feng)，實現(xian)接通(tong)和截(jie)斷(duan)介質(zhi)的目的。

　　這種結(jie)(jie)構(gou)形式的(de)(de)閥(fa)門特點是：閥(fa)門為筒狀體、固(gu)定球結(jie)(jie)構(gou)，閥(fa)座(zuo)(zuo)采用(yong)(yong)雙座(zuo)(zuo)雙向自密(mi)封結(jie)(jie)構(gou)，同時(shi)有預緊彈簧，密(mi)封和自動泄放中腔過高(gao)壓(ya)力的(de)(de)功能；閥(fa)門內置有支撐(cheng)板(ban)，球體通過上下(xia)支撐(cheng)板(ban)固(gu)定于閥(fa)腔之中，大大減小閥(fa)桿的(de)(de)受力情況。當(dang)閥(fa)門在(zai)正常工作時(shi)，介質的(de)(de)密(mi)封力通過支撐(cheng)板(ban)作用(yong)(yong)到連接(jie)體上，　　（2）力學性能試驗

　　斷裂閥桿加(jia)工成拉伸試(shi)樣，在WE-60型萬能材(cai)料(liao)(liao)試(shi)驗(yan)機進(jin)行拉伸試(shi)驗(yan)，試(shi)驗(yan)結果(guo)見表(biao)2。 表(biao)2  閥桿材(cai)料(liao)(liao)力(li)學(xue)性能試(shi)驗(yan)數據

　　抗拉強度σb/MPa 屈(qu)服強度σS/MPa 伸長(chang)率A（%）

　　從(cong)以上試驗數據可以得知：閥桿(gan)的(de)力學性能(neng)是不達標的(de)。為了(le)探究力學性能(neng)偏(pian)低的(de)原因，特此進行(xing)了(le)微觀組(zu)織(zhi)分(fen)析(xi)。

　　（3）微觀組(zu)織(zhi)分析

　　取樣部位(wei)為閥桿(gan)斷裂面(mian)，金(jin)相(xiang)觀(guan)察縱截面(mian)金(jin)相(xiang)組(zu)織(zhi)為珠光(guang)體與(yu)鐵(tie)(tie)素體（見圖4），而且呈連續(xu)帶狀分布，帶狀組(zu)織(zhi)達到(dao)5級組(zu)織(zhi)中鐵(tie)(tie)素體晶(jing)界清晰(xi)可見，珠光(guang)體帶寬窄不一，見圖5。

　　從圖ASCO電磁閥顯(xian)看出：鐵素體和珠光體呈帶狀交替分(fen)布(bu)，呈現(xian)出較為(wei)(wei)明(ming)顯(xian)的(de)帶狀組織(zhi)，內(nei)部(bu)組織(zhi)極不均勻(yun)。低合(he)金(jin)鋼經調質處理(li)后，內(nei)部(bu)應(ying)分(fen)布(bu)較為(wei)(wei)均勻(yun)的(de)回火索氏(shi)體組織(zhi)。圖5為(wei)(wei)試樣經合(he)理(li)熱處理(li)工藝進行調質處理(li)的(de)金(jin)相組織(zhi)。

　　（4）表(biao)面(mian)硬度檢(jian)測

　　ASCO電磁閥布氏硬(ying)度(du)試驗機上檢(jian)測硬(ying)度(du)，其表(biao)面(mian)硬(ying)度(du)190～207HBW，明顯(xian)偏低(di)。

　　（5）無損檢測

　　分別對(dui)斷裂閥(fa)桿按(an)JB/T4730-2005的規定(ding)進行了磁粉和超聲波探傷檢驗，結(jie)果顯示：表(biao)面及內部(bu)無超標缺(que)陷。

　　3.扭矩及(ji)零件尺寸檢(jian)測(ce)

　　（1）扭矩檢測

　　ASCO電(dian)磁閥(fa)閥(fa)桿并組(zu)裝后，對事故閥(fa)門進行(xing)了(le)扭矩測試(shi)，試(shi)驗結果見(jian)表3。

　　閥門(men)扭(niu)矩(ju)測試數據

　　單面進(jin)壓，檢測(ce)閥門執(zhi)行機構輸出(chu)軸的扭矩(ju)

　　從以上數(shu)據得(de)知：閥(fa)門的啟閉扭(niu)(niu)矩(ju)是隨著壓(ya)力的增(zeng)(zeng)加(jia)而不(bu)斷增(zeng)(zeng)大的，當壓(ya)力達到(dao)公稱(cheng)壓(ya)力時，閥(fa)門的啟閉扭(niu)(niu)矩(ju)為300N·m，折算到(dao)閥(fa)桿上的扭(niu)(niu)矩(ju)值為2704N·m。經(jing)計(ji)算，設(she)計(ji)扭(niu)(niu)矩(ju)應為270N·m左右，實際操作扭(niu)(niu)矩(ju)遠大于(yu)設(she)計(ji)扭(niu)(niu)矩(ju)。為了進(jin)一步(bu)找到(dao)扭(niu)(niu)矩(ju)劇增(zeng)(zeng)的其他原因，特此對此閥(fa)門的關鍵零件(jian)進(jin)行了尺寸檢測。

　　（2）零件尺(chi)寸(cun)檢測

　　ASCO電磁閥(fa)閥(fa)門解體(ti)后，用三坐標測量儀分別對支撐板、閥(fa)體(ti)與連接體(ti)組件等關(guan)鍵零(ling)部件進行了尺(chi)寸檢測，檢測數據見表4。 閥(fa)門關(guan)鍵零(ling)部件尺(chi)寸檢測數據

　　檢測部位 支撐(cheng)板兩端(duan)面到(dao)軸孔中(zhong)心(xin)尺寸(cun) 閥(fa)體(ti)止口端(duan)面至閥(fa)體(ti)軸孔中(zhong)心(xin)尺寸(cun)

　　對(dui)檢測數據進行分析得知，支撐板(ban)端(duan)面與連體(ti)端(duan)面存在(zai)較大間隙(xi)(xi)。上支撐板(ban)左邊間隙(xi)(xi)為(wei)1.53mm，右(you)邊間隙(xi)(xi)為(wei)2.03mm；下支撐板(ban)左邊間隙(xi)(xi)為(wei)1.36mm，右(you)邊間隙(xi)(xi)為(wei)2.17mm。

　　若支撐板(ban)端面與(yu)(yu)連(lian)接體(ti)止口端面間隙過(guo)(guo)大，則在(zai)介(jie)質力(li)(li)的(de)作(zuo)用(yong)(yong)下(xia)，支撐板(ban)會(hui)發生(sheng)移動，將壓緊力(li)(li)傳(chuan)遞到(dao)閥(fa)桿(gan)(gan)上，這樣(yang)會(hui)使閥(fa)桿(gan)(gan)承受(shou)很大的(de)扭(niu)矩和(he)剪切力(li)(li)。實踐證明：支撐板(ban)端面與(yu)(yu)連(lian)接體(ti)止口端面之間間隙在(zai)0.2～0.5mm時較為(wei)適宜。而此臺(tai)閥(fa)門(men)支撐板(ban)與(yu)(yu)連(lian)接體(ti)止口端面的(de)間隙遠遠超過(guo)(guo)0.5mm，在(zai)介(jie)質力(li)(li)的(de)作(zuo)用(yong)(yong)下(xia)，閥(fa)桿(gan)(gan)會(hui)承受(shou)較大的(de)扭(niu)矩。

　　4.結語

　　造(zao)成此臺管線球(qiu)閥(fa)閥(fa)桿斷裂的主要原因有(you)：支撐(cheng)板端面(mian)與(yu)連接體(ti)止口端面(mian)之間(jian)存在過大的間(jian)隙，尺寸超差(cha)；閥(fa)桿材料(liao)的熱處理工藝不(bu)當，導致(zhi)閥(fa)桿的強度(du)、硬度(du)均低于標準(zhun)值。