管線球閥是（shì）輸（shū）油輸（shū）氣管線中不（bú）可缺少的控製介質元件。某單（dān）位使用的1台進口（kǒu）管線（xiàn）球閥，在項（xiàng）目現場發生了閥杆斷裂事故，導致此台閥（fá）門無法正常（cháng）使用，委托我公司（sī）進行維修。為了找到閥杆斷（duàn）裂的主要原因，特此進行了以下分析。
閥杆斷口位於O型圈（quān）槽與台階的過渡處，斷（duàn）口麵比較平整（見圖1）。閥門經解體後發現：球麵有（yǒu）明顯的劃痕，並且有多處坑窩（見（jiàn）圖2）；閥座上（shàng）的O型圈已損壞，存（cún）在長約8mm左右的缺口（見（jiàn）圖（tú）3）。
1.分析過程
經解體後得知：此閥門結構為（wéi）雙向閥座密封固（gù）定（dìng）式球閥，主要由閥體、左右連（lián）接體、閥杆、上下支撐板、球體、密封圈、執行機構等組成；密封副由閥座組（zǔ）件上的O型圈與球體球麵構成；球體由上、下兩個（gè）支撐板支撐，通過旋轉執行機構帶動閥杆轉動，從而實現球體的90°旋轉，並通過進、出口（kǒu）兩端閥座與球體的密封，實現接通（tōng）和截斷介質（zhì）的目的。
這種結構形式的閥門（mén）特點是：閥門為筒狀體、固定球結構，閥座采用雙座雙向自密（mì）封結構，同時有預緊彈簧，保證密封可靠和自動（dòng）泄放中腔過高壓力的功能；閥門內置（zhì）有支撐板，球體通過上下支撐板固定於閥腔之中，大大減小閥杆的受力情況。當閥門在正常（cháng）工作時，介質的密封力通過支撐板作用到連接體（tǐ）上，
2.理化（huà）分析及無損檢測
（1）化學成分 在光譜分析儀進行了光譜分析，分析結果參（cān）見表1。 表1 閥杆材料化學成分（質量分數） （%）
| C | Mo | Cr | Mn | Si | P | S | |
| 標準值 | 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 |
從以上分析數據可以得知：閥杆的材質符合ASTM A322對4130材料的要求。
（2）力學性能試驗
斷裂閥杆加工（gōng）成拉伸（shēn）試樣，在WE-60型萬（wàn）能材料試驗機進行拉（lā）伸試驗，試驗結果見表2。 表（biǎo）2 閥杆材料力（lì）學（xué）性能試驗數據
| 抗拉強度σb/MPa | 屈服強度σS/MPa | 伸長（zhǎng）率A（%） | |
| 標準要求 | ≥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。為了探究力學性能（néng）偏低的原因，特（tè）此進行了微觀組（zǔ）織分析（xī）。
（3）微觀組織（zhī）分（fèn）析
取樣部位為閥杆斷裂麵，金相觀察縱截麵（miàn）金相組織為珠光體與鐵素體（見圖4），而且呈連續帶狀（zhuàng）分布，帶（dài）狀組織達（dá）到5級（按GB/T13299-1991 C係列評級標準）。組織中鐵素體（tǐ）晶界清晰可見，珠光體帶寬窄不（bú）一，見（jiàn）圖5。
從圖4明顯看出：鐵素體和（hé）珠光（guāng）體（tǐ）呈帶狀（zhuàng）交替分布，呈現出較為明顯的帶狀組織，內部組織極不均勻。低合金（jīn）鋼經調質處理後，內部應分布（bù）較為均（jun1）勻的回火（huǒ）索氏（shì）體組織。圖5為試樣經合理（lǐ）熱處理工藝進行調質處理的金相組織（zhī）。
（4）表麵硬度檢（jiǎn）測
閥杆在HB-3000型布（bù）氏硬（yìng）度試驗機上檢測硬度，其表麵硬度190～207HBW，明顯偏低。
（5）無損檢測
分（fèn）別對斷裂閥杆按JB/T4730-2005的規定進行（háng）了磁粉和超聲波探傷檢驗，結（jié）果顯示：表麵及內部無超標缺陷（xiàn）。
3.扭矩及零件尺寸檢測
（1）扭矩檢測
重新加工閥杆並（bìng）組裝（zhuāng）後（hòu），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
| 單麵（miàn）進（jìn）壓，檢測閥門執行機構輸出軸的扭矩（jǔ） | |||||||
| 壓（yā）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：閥門的啟閉扭矩（jǔ）是隨著壓力的（de）增加而不斷增大的，當壓力達到公稱壓力時，閥門的啟閉扭（niǔ）矩為300N·m，折算到閥杆上的扭矩值為2704N·m。經計算，設計扭矩應（yīng）為270N·m左右，實際操作扭矩遠大（dà）於（yú）設計扭矩。為了（le）進一步（bù）找到扭矩劇增的其他原因，特此對此閥門的關（guān）鍵（jiàn）零件進行了尺寸（cùn）檢測（cè）。
（2）零件尺寸檢測
閥門解體後，用三坐標測量儀分別對（duì）支撐板、閥體與連接體組件等關鍵零部（bù）件進行了尺寸檢測，檢測（cè）數據見表4。
表4 閥門關鍵零（líng）部件尺寸（cùn）檢測數據
| 檢測部位 | 支撐板（bǎn）兩端麵到軸孔中心（xīn）尺寸 | 閥體止口端麵至閥體軸孔中心尺寸 |
| 檢測值/mm | 上支撐板：62.770（右），62.223（左） 下支撐板（bǎn）：62.626（右），62.392（左（zuǒ）） | 左邊：63.750 右邊：64.800 |
對檢（jiǎn）測（cè）數（shù）據進（jìn）行分析得（dé）知，支撐板端麵與連體端麵存在較大間（jiān）隙（xì）。上支撐板左（zuǒ）邊間隙為1.53mm，右邊間隙（xì）為2.03mm；下支撐板左邊間隙為1.36mm，右邊間隙為2.17mm。
若支撐板端麵（miàn）與連接體（tǐ）止口端（duān）麵間隙過大，則在（zài）介質力的（de）作（zuò）用下，支撐板會發生移動，將（jiāng）壓（yā）緊（jǐn）力傳（chuán）遞到（dào）閥杆上，這樣會使閥杆承受很大的扭矩和剪切力。實踐證明：支撐板端麵與連接（jiē）體止口端（duān）麵之間間隙在0.2～0.5mm時較為適宜。而此台閥門支撐板與連接體（tǐ）止口端麵（miàn）的間隙遠遠超過（guò）0.5mm，在介質力的作（zuò）用下，閥杆會承（chéng）受（shòu）較大的扭矩（jǔ）。
4.結語
造（zào）成此台管線球（qiú）閥閥杆斷裂的（de）主要原因有（yǒu）：支撐板端麵與連接體止口端麵之間存在過大的間隙，尺寸超差；閥杆材料（liào）的熱處（chù）理工藝不當，導致閥杆的強度、硬度均低於標準（zhǔn）值。
