壳体强度试验时球阀阀体断裂原因分析

1、概述

         某单位对一球阀进行壳体强度试验, 在压力加到接近14.5MPa (设计压力为15.0MPa) 时, 一端阀体突然断裂。事故发生后, 对该阀的强度、断口形貌、材料的化学成分及力学性能、生产制造工艺和压力试验过程进行了分析。

2、检测

         球阀阀体为组焊式(图1) , 阀体部分材料为A105 , 法兰材料为20MnMo 。断裂位置位于阀体与法兰连接端圆角处,呈周向断裂(图2) 。

图1 　阀体结构

2.1、强度校核

        根据高压钢制阀门阀体壁厚计算公式

        经计算阀体最小壁厚应为51.25 mm , 按ASME B16.34 要求, 阀体最小壁厚为49.78 mm ,阀体设计最小壁厚和实际最小壁厚为62mm , 满足强度要求。

2.2、断口分析

        观察阀体断裂处, 其断口较平坦, 呈明显晶状, 亮灰色, 有强烈的金属光泽。断面洁净, 无氧化现象及其他冶金和锻轧缺陷。局部可见放射状“人字纹”, 并汇聚指向裂纹源。用扫描电镜进行断口形貌分析, 观测SEM 形貌, 其断口特征为粗大解理扇+ 沿晶裂纹, 属典型脆性断口。由此可见,断口的宏观特征(结晶状及人字纹花样) 和微观SEM 特征(解理+ 沿晶) 均为典型脆断机理。在断口部位和本体抗拉试棒上分别取样进行金相组织分析得出, 断口部位与本体组织一致, 即断裂部位和裂纹源不在焊缝及其热影响区。断口部位和抗拉试棒的金相组织均为铁素体+ 珠光体, 晶粒粗大, 晶粒度为3～4 级, 魏氏组织2 级, 带状组织3级, 未见异样非金属夹杂物, 属退火组织。

2.3、化学成分和力学性能

        经取样测得阀体A105端化学成分如表1 , 纵向力学性能如表2 。测试结果表明, 该构件的强度指标σb 、σs 符合要求, 韧性指标稍低。