帶壓開孔閥門失效分析之閥桿因素

帶壓開孔閥門是指在帶壓開孔工程施工作業(yè)中使用的能夠有效地在開孔前與帶壓開孔機(jī)底座形成密封腔體，具有較強(qiáng)的管道運(yùn)行壓力承受力，并在帶壓開孔后能夠順利關(guān)閉閥門退出鉆體所使用的閥門總稱。

而閥門是在流體系統(tǒng)中，用來控制流體的方向、壓力、流量的裝置，是使配管和設(shè)備內(nèi)的介質(zhì)（液體、氣體、粉末）流動(dòng)或停止并能控制其流量的裝置。

閥桿是閥門重要部件，用于傳動(dòng)，上接執(zhí)行機(jī)構(gòu)或者手柄，下面直接帶動(dòng)閥芯移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)閥門開關(guān)或者調(diào)節(jié)作用。

閥桿是用來啟、閉關(guān)閉件，并傳遞密封力的，閥門的啟、閉動(dòng)作通過動(dòng)力裝置、閥桿和閥桿螺母來實(shí)現(xiàn)。閥桿除承受軸向力外，還承受傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)矩，它的受力情況比較復(fù)雜。

閥桿是軸類零件，其長度大于直徑。一般是由外圓柱面、外螺紋、外圓錐面及外四方面組成。

閥桿有一個(gè)粗糙度要求很高的外圓柱表面。閥桿的外圓柱表面與填料緊密接觸，為使閥桿在旋轉(zhuǎn)或軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)不致劃傷填料，并保證它與填料間的密封，其外圓柱面的粗糙度要求高，一般為Ra3.2~0.8um.

除球閥等個(gè)別閥門的閥桿外，絕大部分閥桿均有外螺紋。外螺紋用來把動(dòng)力裝置或傳動(dòng)裝置的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為閥桿的軸向運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)閥門的開啟與關(guān)閉。為了能承受較大的軸向載荷，閥桿通常采用單頭標(biāo)準(zhǔn)梯形螺紋。

閥桿外圓的直徑精度一般為11級(jí)，表面粗糙度為Ra3.2~0.8um。螺紋精度為7~9級(jí)，表面精糙度為Ra6.3~3.2um.。密封錐面的表面粗糙度為Ra3.2~0.4um。

閥桿的軸心線直線在全長上不應(yīng)超過外圓直徑公差的1/2。外圓柱的錐度在每100mm長度上不得大于0.015mm。螺紋、密封錐面對(duì)外圓柱的同軸度一般不超過外圓柱直徑公差的1/2。

1.閥桿與閥桿螺母咬死現(xiàn)象

在一次的帶壓開孔閥門失效的事件進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)閥門閥桿與閥桿螺母咬死情況的出現(xiàn)。

通過對(duì)閥門閥桿螺紋接頭和螺母的螺紋表面形貌觀察后得知，閥桿螺紋閥桿螺母的螺紋表面材料發(fā)生了黏著現(xiàn)象。拆卸閥門后，使用外力機(jī)械強(qiáng)力分開后觀察，閥桿螺紋表面材料發(fā)生了明顯的磨損、撕脫和材料轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。這表明螺紋、螺母的螺紋接觸表面發(fā)生了固相黏著。而這兩個(gè)零件表面材料發(fā)生了轉(zhuǎn)移，即兩者表面發(fā)生了黏著磨損。

1.1從黏著磨損產(chǎn)生的機(jī)理分析后得出了結(jié)論：兩個(gè)相對(duì)滑動(dòng)的表面在摩擦力的作用下，表面層發(fā)生塑性變形，使新鮮金屬表面裸露出來，由于分子力的作用使兩個(gè)表面發(fā)生焊合，如果外力能克服焊合點(diǎn)的結(jié)合力，相對(duì)滑動(dòng)的閥桿表面可以繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)；若剪切力發(fā)生在原來的接觸表面上，就不會(huì)發(fā)生磨損。

1.2若剪切力發(fā)生在強(qiáng)度較低的金屬一方，則強(qiáng)度較高的材料表面上將粘附較軟零件的金屬碎屑，如此繼續(xù)摩擦下去，一部分轉(zhuǎn)移的材料會(huì)因硬化、疲勞、氧化或其他原因而脫離出來，成為游離的磨屑，造成零件表面的耗失,形成黏著磨損。

1.3本次分析的閥桿螺紋和螺母的螺紋發(fā)生咬死，屬損壞程度最嚴(yán)重的一類黏著磨損，當(dāng)黏著強(qiáng)度比兩個(gè)摩擦副基體金屬剪切強(qiáng)度大得多時(shí)，剪切將發(fā)生在摩擦副金屬較深處，表面將沿滑動(dòng)方向呈明顯的撕脫，出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，滑動(dòng)繼續(xù)進(jìn)行，黏著范圍很快增大，摩擦產(chǎn)生的熱量使表面溫度劇增，極易出現(xiàn)局部熔焊，使摩擦副咬死，不能相對(duì)滑動(dòng)。

2.帶壓開孔閥門失效的解決方法：

2.1閥門選擇要進(jìn)行測試和疲勞測試

帶壓開孔閥門選擇要進(jìn)行測試和疲勞測試才能進(jìn)行入庫和進(jìn)行帶壓開孔工程施工作業(yè)。要注意閥門閥桿的檢驗(yàn)以及生產(chǎn)商所提供的閥桿及螺母材料。

材料的塑性越大，抵抗黏著磨損的能力越弱，互溶性大的材料所組成的摩擦副黏著傾向大。盡量選用閥桿和螺母不為同一種材料的閥門。相同的材質(zhì)，其硬度、塑性、韌性相同，符合發(fā)生黏著磨損的條件。

2.2閥桿及螺母不要選用鑄造材質(zhì)。鑄造材料具有氣孔、疏松等缺陷，在長時(shí)間使用后，閥桿容易被腐蝕，并且存在著斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3組裝時(shí)應(yīng)及時(shí)檢驗(yàn)螺紋副間隙

螺紋副配合間隙過小會(huì)使螺紋副間的摩擦接觸面積增大，螺紋面間的摩擦力增大，同時(shí)過小的配合間隙會(huì)降低螺紋副間容納多余物以及螺紋變形的能力。