ASCO電磁閥(fa)閥(fa)桿斷裂失(shi)效分析

　　ASCO電(dian)磁閥管(guan)線中的(de)控制介質元(yuan)件。某(mou)單(dan)位使用(yong)的(de)1臺(tai)進(jin)(jin)口管(guan)線球閥，在(zai)項(xiang)目(mu)現(xian)場(chang)發生(sheng)了閥桿斷裂事故，導致(zhi)此(ci)臺(tai)閥門無(wu)法正常使用(yong)，委托(tuo)我公司(si)進(jin)(jin)行(xing)維修(xiu)。為(wei)了找到閥桿斷裂的(de)主要原因，特此(ci)進(jin)(jin)行(xing)了以下分析。

　　ASCO電(dian)磁閥(fa)閥(fa)桿斷口位于O型(xing)圈槽與臺階的過(guo)渡處，斷口面(mian)比較(jiao)平整（見圖1）。閥(fa)門(men)經解體后發現：球面(mian)有明(ming)顯(xian)的劃痕(hen)，并且有多處坑窩；閥(fa)座(zuo)上的O型(xing)圈已損壞，存在長約(yue)8mm左右(you)的缺口）。

　　1.分析過程

　　經解(jie)體(ti)后得知：此閥(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)門結構(gou)(gou)為(wei)雙向閥(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)座(zuo)密封(feng)固定式(shi)球(qiu)閥(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)，主要(yao)由閥(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)體(ti)、左右連接(jie)(jie)體(ti)、閥(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)桿、上(shang)下支(zhi)撐板、球(qiu)體(ti)、密封(feng)圈、執行機(ji)構(gou)(gou)等組成；密封(feng)副由閥(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)座(zuo)組件上(shang)的(de)O型圈與(yu)球(qiu)體(ti)球(qiu)面構(gou)(gou)成；球(qiu)體(ti)由上(shang)、下兩個(ge)支(zhi)撐板支(zhi)撐，通(tong)(tong)過旋轉執行機(ji)構(gou)(gou)帶動閥(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)桿轉動，從而實現(xian)球(qiu)體(ti)的(de)90°旋轉，并通(tong)(tong)過進、出口(kou)兩端閥(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)座(zuo)與(yu)球(qiu)體(ti)的(de)密封(feng)，實現(xian)接(jie)(jie)通(tong)(tong)和(he)截(jie)斷(duan)介(jie)質的(de)目的(de)。

　　這種結構形式(shi)的(de)閥(fa)門特點是：閥(fa)門為筒狀體、固定(ding)球(qiu)結構，閥(fa)座采用雙座雙向自(zi)密封(feng)結構，同時有(you)預緊彈簧，密封(feng)和自(zi)動泄放中腔過(guo)(guo)(guo)高壓力(li)(li)(li)的(de)功能；閥(fa)門內置有(you)支(zhi)撐板(ban)，球(qiu)體通過(guo)(guo)(guo)上(shang)下支(zhi)撐板(ban)固定(ding)于(yu)閥(fa)腔之中，大大減小閥(fa)桿的(de)受力(li)(li)(li)情(qing)況。當閥(fa)門在正常工(gong)作時，介質的(de)密封(feng)力(li)(li)(li)通過(guo)(guo)(guo)支(zhi)撐板(ban)作用到連(lian)接體上(shang)，　　（2）力(li)(li)(li)學性能試驗

　　斷裂閥桿(gan)(gan)加工(gong)成拉伸(shen)試(shi)樣，在(zai)WE-60型萬能材(cai)料試(shi)驗(yan)機進(jin)行(xing)拉伸(shen)試(shi)驗(yan)，試(shi)驗(yan)結果見表2。 表2  閥桿(gan)(gan)材(cai)料力學性能試(shi)驗(yan)數據

　　抗拉強度σb/MPa 屈服(fu)強度σS/MPa 伸長率A（%）

　　從以(yi)上試(shi)驗(yan)數據可以(yi)得知(zhi)：閥桿的力學性(xing)能是不達標(biao)的。為了探究力學性(xing)能偏低的原因(yin)，特此進(jin)行(xing)了微觀組織分析。

　　（3）微觀組(zu)織(zhi)分析

　　取樣部位為閥桿斷(duan)裂面，金相觀(guan)察(cha)縱截面金相組(zu)織(zhi)為珠光體(ti)與鐵素體(ti)（見圖(tu)4），而且呈連續帶狀分布(bu)，帶狀組(zu)織(zhi)達到5級(ji)組(zu)織(zhi)中鐵素體(ti)晶界清(qing)晰可見，珠光體(ti)帶寬窄不一(yi)，見圖(tu)5。

　　從圖ASCO電(dian)磁閥(fa)顯看出：鐵素(su)體(ti)和珠光體(ti)呈帶狀交替分(fen)布(bu)，呈現(xian)出較為(wei)(wei)明顯的(de)(de)帶狀組(zu)織，內部(bu)組(zu)織極不均(jun)勻。低合金鋼經調質(zhi)處(chu)(chu)理后(hou)，內部(bu)應分(fen)布(bu)較為(wei)(wei)均(jun)勻的(de)(de)回火索氏體(ti)組(zu)織。圖5為(wei)(wei)試樣經合理熱處(chu)(chu)理工(gong)藝進(jin)行調質(zhi)處(chu)(chu)理的(de)(de)金相組(zu)織。

　　（4）表面硬(ying)度檢測(ce)

　　ASCO電磁(ci)閥(fa)布氏硬度(du)(du)試驗(yan)機(ji)上檢測(ce)硬度(du)(du)，其表面硬度(du)(du)190～207HBW，明顯偏低。

　　（5）無損檢測

　　分別(bie)對斷裂閥桿按JB/T4730-2005的(de)規(gui)定(ding)進(jin)行了磁(ci)粉和(he)超(chao)聲波探傷檢驗(yan)，結果顯示(shi)：表面及內部無超(chao)標缺陷(xian)。

　　3.扭矩及(ji)零件尺(chi)寸(cun)檢測

　　（1）扭矩檢測

　　ASCO電磁閥閥桿并組裝后，對(dui)事(shi)故(gu)閥門進(jin)行了扭矩(ju)測試，試驗結果見表3。

　　閥(fa)門扭矩測試(shi)數據

　　單面進壓(ya)，檢測閥門執行(xing)機構輸(shu)出軸(zhou)的扭矩

　　從以上數據得知：閥門(men)的(de)啟(qi)閉(bi)扭(niu)(niu)矩是隨著(zhu)壓(ya)力(li)(li)的(de)增加而不斷(duan)增大的(de)，當壓(ya)力(li)(li)達(da)到(dao)公稱壓(ya)力(li)(li)時，閥門(men)的(de)啟(qi)閉(bi)扭(niu)(niu)矩為300N·m，折算(suan)到(dao)閥桿上的(de)扭(niu)(niu)矩值為2704N·m。經計(ji)算(suan)，設計(ji)扭(niu)(niu)矩應(ying)為270N·m左右，實際操作扭(niu)(niu)矩遠(yuan)大于(yu)設計(ji)扭(niu)(niu)矩。為了(le)(le)進一步找到(dao)扭(niu)(niu)矩劇(ju)增的(de)其他原(yuan)因，特(te)此對此閥門(men)的(de)關鍵零件進行了(le)(le)尺寸檢測。

　　（2）零件尺寸檢測

　　ASCO電磁閥(fa)閥(fa)門解體(ti)后，用三坐(zuo)標(biao)測(ce)(ce)量(liang)儀分別對支撐板(ban)、閥(fa)體(ti)與(yu)連接(jie)體(ti)組件(jian)等關(guan)鍵零(ling)(ling)部件(jian)進行了尺寸檢測(ce)(ce)，檢測(ce)(ce)數據見表4。 閥(fa)門關(guan)鍵零(ling)(ling)部件(jian)尺寸檢測(ce)(ce)數據

　　檢(jian)測部位 支撐板(ban)兩(liang)端面(mian)到軸孔中心尺寸(cun) 閥體(ti)止口端面(mian)至閥體(ti)軸孔中心尺寸(cun)

　　對檢測數據(ju)進行分析得知，支(zhi)撐板(ban)端面與連體端面存在較(jiao)大間隙(xi)。上支(zhi)撐板(ban)左(zuo)邊間隙(xi)為(wei)1.53mm，右(you)邊間隙(xi)為(wei)2.03mm；下支(zhi)撐板(ban)左(zuo)邊間隙(xi)為(wei)1.36mm，右(you)邊間隙(xi)為(wei)2.17mm。

　　若支(zhi)撐板(ban)端(duan)面(mian)與(yu)連(lian)(lian)接體(ti)止(zhi)口(kou)端(duan)面(mian)間隙(xi)過大(da)(da)，則(ze)在(zai)(zai)介質力(li)的(de)(de)作用下(xia)，支(zhi)撐板(ban)會發生移動，將壓緊力(li)傳遞到閥(fa)(fa)桿上，這樣會使閥(fa)(fa)桿承受(shou)(shou)很大(da)(da)的(de)(de)扭矩(ju)和剪切力(li)。實踐證明：支(zhi)撐板(ban)端(duan)面(mian)與(yu)連(lian)(lian)接體(ti)止(zhi)口(kou)端(duan)面(mian)之(zhi)間間隙(xi)在(zai)(zai)0.2～0.5mm時較(jiao)為適宜。而(er)此(ci)臺(tai)閥(fa)(fa)門支(zhi)撐板(ban)與(yu)連(lian)(lian)接體(ti)止(zhi)口(kou)端(duan)面(mian)的(de)(de)間隙(xi)遠(yuan)遠(yuan)超過0.5mm，在(zai)(zai)介質力(li)的(de)(de)作用下(xia)，閥(fa)(fa)桿會承受(shou)(shou)較(jiao)大(da)(da)的(de)(de)扭矩(ju)。

　　4.結語

　　造成此臺管線球(qiu)閥閥桿(gan)斷裂的主要(yao)原(yuan)因有：支撐板(ban)端(duan)面與連接體(ti)止口(kou)端(duan)面之(zhi)間存在過(guo)大的間隙，尺寸超差；閥桿(gan)材料的熱處理工藝(yi)不(bu)當(dang)，導(dao)致閥桿(gan)的強(qiang)度(du)、硬(ying)度(du)均低于標準值(zhi)。