安全阀弹簧断裂原因分析.pdf

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1、技术管理安全阀弹簧断裂原因分析熊明明（浙江省特种设备检验研究院310000）安全阀是液化气槽罐车上最重要的安全附件，安全阀的正常图2：断口金相分析500×图3：弹簧受力分析工作直接关系到槽罐车的安全运行。由于移动式压力容器的充从受力分析可见，弹簧受到的应力主要为扭矩和横向力引起装介质大多为易燃易爆或腐蚀性气体，并且容器在平时使用时经的剪应力，对于圆形弹簧丝：常处于高速运行状态，因此对安全阀的的使用寿命有很大的影响，其中安全阀弹簧断裂是影响安全阀使用的最主要的因素。2014年1月3号，在对一辆液化气

2、槽罐车的年度检验过程中，发现其安全阀弹簧断裂。弹簧是安全阀最主要的配件，安全阀泄放主要是通过弹簧完成的。因此，弹簧的正常运行对安全阀乃至系数Ks可以理解为切向力作用时对扭应力的修正系数，进整个槽罐车的安全运行起着至关重要的作用。安全阀断裂的影一步考虑到弹簧丝曲率的影响，可得到扭应力：响因素有很多，为了准确分析安全阀的弹簧断裂原因，防止因安全阀失效而引起的安全事故，对弹簧断裂失效原因进行分析。一、宏观分析式中K为曲度系数。它考虑了弹簧丝曲率和切向力对扭应安全阀型号A412F-2.5-15，公称压力2

3、.5MPa，弹簧中径力的影响。73mm，弹簧丝直径14mm弹簧自由高度210mm，弹簧为外表面一定条件下钢丝最小直径：涂有灰色油漆，局部油漆鼓泡脱落，脱落处显示黑色的垢污，弹簧断裂处位于弹簧第一节，断裂面与弹簧轴向呈45°斜面，断裂弹簧及端口如图1所示：查表得60Si2MnA的许用切应力为740MPa；弹簧旋绕比C为弹簧中经与钢丝直径之比，即C=D／d=5.214；计算出曲度系数K=1.296；弹簧公称压力为PN=2.5MPa，喉径52mm，计算出弹簧最大图1：弹簧断口受力载荷为F=PS=5306

4、.6N；二、断口分析代入公式得到钢丝最小直径为d=11.1mm。断口表面粗糙有起伏，有晶粒装状颗粒物断口，纹理指向外受检弹簧钢丝弹簧直径为14mm，大于最小直径。说明弹簧圈，无明显剪切唇，用放大镜观察断面，弹簧外圈有毛刺，腐蚀较并不是由于过载荷而断裂。深，氧化物较厚，弹簧内圈有撕裂状纹理，并有少量变形。七、结论分析三、化学成分分析宏观检查表明，弹簧断裂均由外侧启裂并向内扩展，从理论由于安全阀使用年限长，弹簧原始证明材料丢失。使用光谱上分析，受压缩的弹簧，工作时最大应力处为横截面的内侧，而本仪对断裂

5、弹簧进行化学成分分析，其金属元素含量见下表：弹簧裂纹源部位基本属于外侧，所受的应力是较小的。同时，强化学元素CSiMnNiCuPS度计算显示工作应力不会导致弹簧本身的断裂失效。表明，本起0.20.0.事例弹簧破坏的主要原因不是强度设计不足，材料的选择与尺寸0.6~1.7~0.6~0.2~的加工不是导致弹簧断裂的原因。断裂弹簧~03030.71.90.80.5硬度检测分析出断裂弹簧硬度低于标准值，显示材料热处理0.500工艺没有达到工艺标准，同时金相检查结果表明，弹簧金相组织GB/0.0.为回火索氏

6、体，说明弹簧热处理过程为淬火+高温回火，断口没0.56~1.6~0.6~0.2T1222-0.350303有明显裂纹痕迹，可以发现晶粒状颗粒物，通过金相观察断面形0.642.00.95貌符合氢脆特点。弹簧在工作受剪切应力影响最大，断面45°斜200700面也表明切应力导致弹簧的断裂。分析断裂弹簧的化学成分，与GB/T1222-2007《弹簧钢》中综上所述，可以推断弹簧断裂的主要原因为氢致开裂。由于60Si2MnA材料接近。60Si2MnA作为硅锰金钢，广泛应用于弹氢离子具有很小的原子半径，很容易进

7、入金属，在金属中的原子簧的制造，通过淬火加中温回火可得到良好的力学性能，具有较态氢，在外力作用下想危险部位聚集，当两个氢原子相遇可形成高的强度和弹性极限。同时还具有抗松弛的能力和抗回火的稳氢分子。这些分子状态的氢形成气体分子，难以从金属中逸出，定性，金相组织为回火屈氏体，硬度HRC45-50。导致了氢脆。材料中氢离子的来源很多，由于槽罐车充装介质为四、硬度检测液化石油气，含有大量H，S等介质；部分使用单位管理不善，工作采用HLN-11A型硬度计对断裂弹簧进行进行硬度检测,平中混装其他介质，在应力作

8、用下导致对弹簧的氢腐蚀，减少了弹均硬度为HRC30，小于标准硬度值HRC45-50，说明热处理过程簧的使用寿命。中回火温度偏高，弹簧钢的回火温度的升高能提高其塑性，但其八、思考与建议强度会降低。目前，国内这类安全阀弹簧的表面一般是采用涂防锈漆和黄五、金相检测色酚醛漆涂料进行防腐处理。根据多年的使用情况看，此种涂料通过对断裂弹簧取样进行金相分析见图2。发现在光学显微不能有效地防止硫化氢腐蚀，减缓氢离子向弹簧体内扩散，因此镜下可以分辨出粗粒状渗碳体，没有观察到表层脱碳，除孔洞外需要用一