水壓試驗(yàn)閥門接管開裂原因分析

邢普瑜，王云柯，伊利亞爾.司馬義，徐鴻媛

(1．中國石油獨(dú)山子石化公司研究院壓力容器檢驗(yàn)所；2．中國石油獨(dú)山子石化公司熱電廠汽機(jī)車間；3.中國石油獨(dú)山子石化公司熱電廠化學(xué)車間，新疆 獨(dú)山子 833699)

某公司生產(chǎn)球閥在進(jìn)行水壓試驗(yàn)時(shí)發(fā)生接管開裂，閥門材質(zhì)為ASTM A105，水壓試驗(yàn)各項(xiàng)操作均按照GB/T 13927-1992《工業(yè)用閥門 閥門的壓力試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，為了查明該閥門接管開裂的原因，對開裂接管進(jìn)行了一系列理化檢驗(yàn)和分析。

1 理化檢驗(yàn)

1.1 宏觀形貌觀察

開裂閥門共計(jì)2個(gè)，分別標(biāo)記為1號、2號，開裂閥門接管的宏觀形貌為開裂處為閥門接管部位，開裂接管均從破口側(cè)出現(xiàn)裂紋，裂口較直且斷面與閥門主軸方向基本垂直，未見明顯塑性變形，具有脆性開裂特征。

1號閥門接管從坡口側(cè)向閥門本體開裂，接管長94.5mm，有三條裂紋，基本相隔120°，裂紋最長達(dá)到84.0mm。2號閥門的接管破口存在一條裂紋，裂紋長度不大。

將1號閥門開裂接管取下，觀察其斷口形貌發(fā)現(xiàn)，內(nèi)表面經(jīng)過拉拔，存在大量縱向劃痕，并在接管靠近閥門本體附近一半范圍內(nèi)存在環(huán)向加工痕跡，但這些加工痕跡并不是車削或者銑出痕跡，接管斷口沒有塑性變形，斷口呈放射狀，屬于脆性斷口。

1.2 成分分析

對材質(zhì)進(jìn)行成分分析，分析結(jié)果見表 1。

1.3 硬度檢測

對開裂接管及未開裂接管進(jìn)行了硬度測試，每個(gè)測試點(diǎn)間隔2mm，檢測結(jié)果見表2。

表2 閥門接管硬度檢測值/HLD

1.4 金相檢驗(yàn)

為了了解開裂接管顯微組織及裂紋擴(kuò)展情況，在開裂接管適當(dāng)位置的橫截面取樣進(jìn)行金相檢驗(yàn)，并且由于不能將所有開裂樣品破壞，故僅對1號閥門開裂側(cè)取樣檢驗(yàn)，而其他接管僅進(jìn)行表面覆膜金相檢驗(yàn)。

圖1 1號閥門開裂側(cè)和未開裂側(cè)表面組織形貌

經(jīng)分析，1號閥門接管開裂側(cè)橫截面組織為鐵素體+層片狀珠光體，鐵素體呈網(wǎng)狀，大量鐵素體為魏氏體形態(tài)，見圖1（a）。1號閥門接管開裂側(cè)縱截面組織為鐵素體+層片狀珠光體，鐵素體呈網(wǎng)狀，大量鐵素體為魏氏體形態(tài)。1號閥門未開裂側(cè)接管表面進(jìn)行覆膜金相檢驗(yàn)，經(jīng)分析該接管組織為鐵素體+層片狀珠光體，鐵素體呈網(wǎng)狀，大量鐵素體為魏氏體形態(tài)，組織略呈方向性，見圖1（b）。

表1 閥門接管元素分析檢測值（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

圖2 2號閥門開裂側(cè)和未開裂側(cè)表面組織形貌

2號閥門開裂側(cè)接管表面進(jìn)行覆膜金相檢驗(yàn)，經(jīng)分析該接管組織為鐵素體+球粒狀珠光體，鐵素體呈塊狀，組織被明顯拉長，呈方向性，見圖2（a）。2號閥門未開裂側(cè)接管表面進(jìn)行覆膜金相檢驗(yàn)，經(jīng)分析該接管組織為鐵素體+球粒狀珠光體，少量鐵素體呈魏氏體形態(tài)，組織被明顯拉長，呈方向性，見圖2（b）。

閥門生產(chǎn)公司在2016年7月23日出具的金相檢驗(yàn)報(bào)告中說明此類接管熱處理方式為正火，檢測組織為鐵素體+球珠光體。該組織與2號閥門接管樣品組織相似，均為鐵素體+球粒狀珠光體，而與1號閥門接管樣品組織形貌不同。

2 分析與討論

對圖1中兩樣品的四個(gè)接管進(jìn)行硬度分析，發(fā)現(xiàn)接管硬度分散性很大，組織差異也較大，1號閥門開裂接管樣品組織為鐵素體+層片狀珠光體，鐵素體呈網(wǎng)狀，大量鐵素體為魏氏體形態(tài)，組織方向性不強(qiáng)。2號閥門開裂接管樣品組織為鐵素體+球粒狀珠光體，少量鐵素體呈魏氏體形態(tài)，組織被明顯拉長，呈方向性，機(jī)體組織中出現(xiàn)有網(wǎng)狀鐵素體（及部分魏氏組織）對閥門接管而言為不正常組織，表明接管未按標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?。觀察發(fā)現(xiàn)接管內(nèi)表面存在大量縱向裂紋，在承受外力或者內(nèi)壓時(shí)，造成應(yīng)力集中，將成為裂紋形成的起裂源，因此可以說明閥門接管材料存在質(zhì)量問題。

3 結(jié)語

閥門接管處的加工缺陷、組織分布不均勻、熱處理不當(dāng)?shù)纫蛩貙?dǎo)致接管的實(shí)際承壓能力大大降低，而缺陷的存在是導(dǎo)致接管承壓時(shí)斷裂的主要原因。上述分析表明，此閥門接管存在一定程度的質(zhì)量問題，在使用閥門前須仔應(yīng)細(xì)檢驗(yàn)。

[1]夏雯，劉淑鳳，李巖等.工業(yè)純TAI的金相制樣方法[J].理化檢驗(yàn)-物理分冊，2014,50（8）：578-579.