液氧增压气体阀门肩圈的裂纹理化特性分析.pdf

第4 1 卷第4 期 火箭推进V 0 1 4 1 ，N o 4 2 0 1 5 年8 月 J O U R N A LO FR O C K E TP R O P U L S I O N A u g 2 0 1 5 液氧增压气体阀门肩圈的裂纹理化特性分析 秦永涛，高强，武荣艳，杨战伟。田宝云 ( 西安航天动力试验技术研究所，陕西西安7 1 0 1 0 0 ) 摘 要：针对某发动机试验区的液氧供应系统增压气体阀门肩圈工作过程出现的裂纹现 象，为保证气体供应正常，确立裂纹出现的主要原因，避免试车安全隐患，首先从宏观观察， 对表面型貌和断面进行观察，然后对肩圈进行理化分析，从基体上确定材料成分，结合裂纹 源区断口腐蚀形貌进行金相组织检查，确定裂纹腐蚀特性；对裂纹腐蚀特性进行材料成分、 加工工艺、硬度进行检测，分析肩圈材料力学性能分析，并结合能谱分析、铁素体测量、残 余应力分析，确定裂纹腐蚀特性根源与因素，同时结合有限元的应力分析，分析应力腐蚀的 主要原因和诱导因素，研究肩圈裂纹的内在机理；在此基础上，制定使用过程的防范措施， 确保使用过程的肩圈性能。 关键词：裂纹；应力腐蚀；理化特性；防范措施 中图分类号：V 4 3 1 - 3 4 文献标识码：A 文章编号：1 6 7 2 9 3 7 4 ( 2 0 1 5 ) 0 4 0 0 6 7 0 7 P h y s i c o c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i ca n a l y s i so ns h o u l d e r r i n gf l a wo fp r e s s u r eb o o s tg a sv a l v ei nl i q u i d o x y g e ns u p p l ys y s t e m Q I NY o n g t a o ，G A OQ i a n g ，w uR o n g y a n ，Y A N GZ h a n w e i ，T I A NB a o y u n ( X i a na nA e r o s p a c eP r o p u l s i o nT e s tT e c h n o l o g yI n s t i t u t e ，X i a n7 1 0 1 0 0 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：A i m i n ga tt h es h o u l d e rr i n gf l a wp h e n o m e n o no c c u r r e di nt h ew o r k i n gp r o c e s so f p r e s s u r eb o o s tg a sv a l v eo fl i q u i do x y g e ns u p p l ys y s t e mi nal i q u i dr o c k e te n g i n et e s t i n gp r o c e s s ， s u r f a c em o r p h o l o g ya n ds e c t i o nm o r p h o l o g yo fv a l v es h o u l d e r r i n gf l a w w e r ec h e c k e db y m a c r o s c o p i co b s e r v a t i o n ，a n dp h y s i c o c h e m i c a la n a l y s i so fv a l v es h o u l d e rr i n gw a sp e r f o r m e dt o a v o i d i n gh i d d e nd a n g e ri nl i q u i dr o c k e te n g i n et e s t i n gp r o c e s s ，t oa s s u r et h en o r m a lg a ss u p p l ya n d d e t e r m i n et h em a i ns o u r c eo ff l a w T h ec o r r o s i o np r o p e r t yw a sc o n f i r m e db yo b s e r v a t i o no ff r a c t u r e c o r r o s i o nm o r p h o l o g ym e t a l l o g r a p h i co r g a n i z a t i o ni nf l a ws o t l r c ez o n ea n df l a we x p a n s i o nz o n e ，a n d b ym a t e r i a la n a l y s i so fs h o u l d e rr i n gm a t r i x T h em a t e r i a lc o m p o s i t i o n ，p r o c e s s i n gt e c h n o l o g ya n d h a r d n e s sw e r ed e t e c t e dt oa n a l y z ec o r r o s i o np r o p e r t y ，a n dt h em a i ns o u r c ea n di n f l u e n c i n gf a c t o r so f 收稿日期：2 0 1 4 1 2 0 4 ；修回日期：2 0 1 5 0 1 2 9 作者简介：秦永涛( 1 9 8 l 一) ，男，工程师，研究领域为液体火箭发动机试验技术 万方数据 火箭推进2 0 1 5 年8 月 c o r r o s i o np r o p e r t yw e r ed e f i n e db ye n e r g ys p e c t r u ma n a l y s i s ，f e r r i t em e a s u r e m e n ta n dr e m n a n t ss t r e s s r e s e a r c h T h em a i ns o u r c ea n di n d u c i n gf a c t o r so fs t r e s sc o r r o s i o nw e r ed e t e r m i n e db yf i n i t ee l e m e n t a n a l y s i sf o rf u r t h e rr e s e a r c h i n gt h ei n n e rm e c h a n i s mo fv a l v es h o u l d e rr i n gf l a w F i n a l l y ，t h e p r e c a u t i o n a r ym e a s u r e so fv a l v es h o u l d e rr i n gf l a ww e r ee s t a b l i s h e dt oa s s u r ev a l v ep e r f o r m a n c ea n d p r o v i d eas u p p o r tf o rs a f e t ya n dr e l i a b i l i t yo fl i q u i dr o c k e te n g i n et e s t i n gp r o c e s s ，a n da na p p r o a c hf o r p h y s i c o c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i ca n a l y s i so fo t h e r se q u i p m e n t s K e y w o r d s ：f l a w ；s t r e s sc o r r o s i o n ；p h y s i c o c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c ；p r e c a u t i o n a r ym e a s u r e 0引言 某试验区发动机试验前，气瓶场输送液氧、 煤油增压气过程中，岗位人员发现液氧系统增压 气体送出约1 0m i n 后，液氧增压气送出阀 ( A S 7 9 0 1 2 0 1 5 ) 附近有明显漏气声音。经检查， 确定漏气部位为液氧增压气送出阀出口法兰连接 部位。经拆卸，液氧增压气送出阀出口法兰连接 部位出现裂纹，其具体位置为阀门出口连接管道 肩圈复杂的直边段与小R 过渡区，如图1 所示： 图l 阀门肩圈连接端出现的裂纹 F i g 1 F l a wa tv a l v es h o u l d e rr i n gc o n n e c t i o ne n d 阀门出I J 连接管道肩圈裂纹主要分布在腑I 纠 锥面向直管段过渡部位，并且存在大面积牛锈脱 象：同时肩圈裂纹m 现厂扩展，裂纹延伸近 周，随时有断裂可能。由于其内部高压( 2 0M P a ) 附近有岗位人员，一旦出现裂纹断裂，不仅影响 到液氧增压气供应，以及试验进度，可能出现高 压泄漏甚至发生爆炸，严重影响岗位人员生命安 全，存在严重安全隐患 出现故障阀门型号为A S 7 9 0 1 2 0 1 5 ，产d I I 附 件包含肩圈和法兰，肩J Hf 二2 0 0 4 年1 0 月：门前 试验区有6 台该型号产品，4 台在用，分别用在 气瓶场和配气间。为消除同批次阀门肩圈安全隐 患，预防其他设备连接件可能发生的故障，需查 找并确定肩圈出现裂纹的根源，分析肩圈断裂的 内在机理；并在此基础上，制定使用过程的防范 措施，保证增压设备的安全平稳运行和试验进 度，提高试验系统安全性与可靠性。 1 破坏机理调查分析 由于该肩圈为外购产品，生产单位发生变 迁，无法找到其相关m 厂资料，不能确定材料类 型与加工工艺? 为了确定肩圈发生裂纹的原因， 首先从基体材料人手调查，为此将出现裂纹的阀 门肩圈送计量理化室进行理化分析。 1 1 宏观观察 通过对出现裂纹的肩圈分解的宏观观察，肩 圈身部变径位置附近发生整周开裂，裂纹表面呈 多条断续状，型貌如图2 所示。沿裂纹掰开断面 观察，裂纹已几乎穿透管壁，整个断口呈黄褐 色如陲13 所，J j 图2 肩圈裂纹表面型貌 F i g 2 S u r f a c em o r p h o l o g yo fs h o u l d e rr i n gf l o w 万方数据 第4 1 卷第4 期秦永涛，等：液氧增压气体阀门肩圈的裂纹理化特性分析 6 9 图3 肩圈裂纹的断面 F i g 3S e c t i o nm o r p h o l o g yo fs h o u l d e rr i n gf l o w 沿裂纹出现方位将肩圈切开，得到裂纹表面 图像，如图4 所示：由图4 可以看出，裂纹部位 已经出现大面积锈蚀，且表面凹凸不平，不规 则。但是材料疲劳断口型式较为平滑，因此可排 除疲劳破坏的可能性、 躺桫 图4 裂纹肩圈切开状态 F i g 4 S e c t i o ns i t u a t i o no fs h o u l d e rr i n gw i t hf l o w 1 2 材质分析 1 2 1 化学成分分析 通过理化分析，得出送检裂纹肩圈主要材料 成分及含量，如表l 所示： 通过分析对比，该肩圈材料成分及含量与 2 C r l8 N i 9 相近，因此，初步判断其材质为 2 C r l8 N i 9 表1 送检出现裂纹的阀门肩圈主要材料成分及含量 T a b 1M a i nm a t e r i a lc o m