Causas de la fractura del vástago de la válvula de la central eléctrica (Parte Dos)
1.4 Pruebas
(1) Pruebas de simulación de elementos finitos
A través del análisis preliminar de las causas de la falla del vástago de la válvula mencionadas anteriormente, se comprende que existe una cierta relación entre la fuerza de apoyo del vástago de la válvula y la falla del mismo. Para aclarar la distribución de tensiones en la conexión entre el vástago de la válvula y el disco de la válvula de la central eléctrica durante el funcionamiento, se realizó una prueba de simulación de elementos finitos basada en el análisis preliminar. Para garantizar la precisión y confiabilidad de los resultados de la prueba, durante la prueba de simulación de la fuerza de apoyo, se ingresaron los parámetros de momento torsional propuestos; el número de elementos de la rejilla se dividió al mismo tiempo, y la distribución de tensiones en la unión del vástago de la válvula se obtuvo mediante la prueba. Diversos datos muestran que el chaflán de la sección variable del vástago de la válvula es el área con la mayor distribución de tensiones en la unión entre el vástago y el disco de la válvula, lo cual fue consistente con la posición de fractura real del vástago de la válvula. válvula de central eléctrica.
(2) Pruebas de composición química
El vástago fracturado está fabricado con acero inoxidable martensítico S43100. Se analizó la composición química del vástago de la válvula y, mediante el análisis de diversos datos, se determinó que su composición cumple con las normas técnicas pertinentes.
(3) Ensayos de composición química y dureza de metales y aleaciones
Para verificar si la estructura y la dureza del metal y la aleación del vástago de la válvula eran normales, se probaron las diferentes partes del vástago para determinar si los parámetros estructurales y la dureza de la zona de fractura del vástago cumplían con los requisitos de la norma. Los resultados de la prueba de dureza mostraron que el vástago de la válvula fracturado presenta una distribución desigual de la dureza, especialmente la dureza de la parte no roscada fue significativamente mayor que la del área roscada de la cola. Se puede concluir que la dureza del vástago de la válvula fracturado incumplía gravemente los requisitos de la norma pertinente. Esto demostró plenamente que la dureza del vástago de la válvula tiene cierta relación con la falla causada por la fractura del vástago de la válvula de la central eléctrica.
(4) Ensayos de tracción
Se realizan pruebas de tracción en diferentes partes del vástago de la válvula roto para confirmar si las propiedades de tracción del material del vástago de la válvula cumplen con los requisitos de las normas pertinentes, como se muestra en la imagen 2.
Figura 2 Ensayos de tracción de diferentes partes de vástagos de válvulas
Varios datos mostraron que, si bien la resistencia a la tracción y el límite elástico del vástago de la válvula fracturado cumplen con los requisitos de las normas pertinentes, el alargamiento después de la fractura y la reducción del área no cumplen con los requisitos de las normas pertinentes. Además, para confirmar la tenacidad del material del vástago de la válvula fracturado, también se realizaron pruebas de impacto en diferentes partes del vástago de la válvula. Los resultados de la prueba mostraron que la tenacidad del material del vástago fracturado era relativamente pobre. La fractura y la sección transversal del vástago de la válvula se observaron con un microscopio electrónico, y se encontró que la fractura del vástago de la válvula era relativamente plana; había grietas primarias y secundarias en la superficie del vástago de la válvula. La superficie de la grieta con un área más pequeña está cerca de la fuente de la grieta, y la fractura intergranular es la característica principal de la zona de propagación de la grieta y la zona de rotura instantánea en forma de azúcar cristalino.
La dirección de fractura del vástago de la válvula es vertical, y el perfil del grano adherido a la superficie es más evidente. La superficie del grano presenta marcas de desgarro similares a garras, lo cual es consistente con la fractura frágil a lo largo del grano causada por el elemento hidrógeno. El vástago de la válvula fracturado está hecho de acero inoxidable martensítico S41300. Si bien el material ofrece ventajas como alta resistencia, presenta baja tenacidad y plasticidad, y es especialmente sensible al hidrógeno. Bajo la acción de la tensión, el elemento hidrógeno se enriquece en la zona de concentración de tensión, lo que hace que el vástago de la válvula de la central eléctrica sea muy propenso a la fragilización por hidrógeno. Se puede observar que la fractura del vástago de la válvula de la central eléctrica se ajusta a las características de la fractura frágil intergranular causada por elementos hidrógeno.
1.5 El análisis de las causas específicas de la fractura
Cuando el vástago de la válvula de una central eléctrica no puede operarse con normalidad, se requiere la operación manual. Al no contar con protección contra torque para la operación manual, el disco conectado al vástago queda atascado entre los dos asientos. El análisis de la estructura de la válvula (Figura 1) muestra que, cuando el vástago no puede extraerse con normalidad, se genera un gran momento de torsión en la superficie de contacto entre el vástago y el disco. Bajo la acción de la tensión, cuando el vástago soporta el momento de torsión, el chaflán de la sección variable del vástago se convierte en el punto de concentración de la tensión, es decir, la zona de rotura de la válvula. En resumen, cuando el vástago de la válvula de una central eléctrica no puede extraerse con normalidad, aún debe soportar un gran momento de torsión, lo que provoca la rotura de la válvula. Dado que el acero inoxidable martensítico S41300 es el material principal de fabricación de la válvula, su dureza es significativamente superior al valor mínimo exigido por las normas pertinentes, según los resultados de las pruebas de dureza. La alta dureza del material del vástago de la válvula afecta su elevación normal. Los resultados de las pruebas de tracción muestran que, si bien la resistencia a la tracción supera los requisitos de las normas pertinentes, el índice de plasticidad no los cumple. Además, los resultados de las pruebas de impacto muestran una baja energía de absorción de impactos, lo que reduce el rendimiento general del material del vástago de la válvula. En general, la alta resistencia, la baja tenacidad y la baja plasticidad son características evidentes de los vástagos de válvula fracturados, que son relativamente sensibles al hidrógeno y a la entalladura superficial. Bajo tensiones superiores al límite elástico, el vástago de la válvula de la central eléctrica es muy propenso a la fractura frágil inducida por hidrógeno. Además, debido al procesamiento, aparecen marcas de ranura en la superficie de contacto entre el vástago y el disco de la válvula, lo que causa la entalladura en la superficie de contacto de la unión. Se puede observar que las propiedades del vástago de la válvula, la sensibilidad a la fragilización por hidrógeno y la calidad del procesamiento son las principales causas de la fractura del vástago de la válvula de la central eléctrica.
1.6 Conclusión
Se realizaron diversas pruebas al vástago de la válvula roto y se obtuvieron los datos correspondientes. Tras un análisis exhaustivo de los datos, se concluyó que las causas de la fractura del vástago de la válvula de la central eléctrica se deben principalmente a los siguientes aspectos:
(1) Pruebas de simulación de elementos finitos
A través del análisis preliminar de las causas de la falla del vástago de la válvula mencionadas anteriormente, se comprende que existe una cierta relación entre la fuerza de apoyo del vástago de la válvula y la falla del mismo. Para aclarar la distribución de tensiones en la conexión entre el vástago de la válvula y el disco de la válvula de la central eléctrica durante el funcionamiento, se realizó una prueba de simulación de elementos finitos basada en el análisis preliminar. Para garantizar la precisión y confiabilidad de los resultados de la prueba, durante la prueba de simulación de la fuerza de apoyo, se ingresaron los parámetros de momento torsional propuestos; el número de elementos de la rejilla se dividió al mismo tiempo, y la distribución de tensiones en la unión del vástago de la válvula se obtuvo mediante la prueba. Diversos datos muestran que el chaflán de la sección variable del vástago de la válvula es el área con la mayor distribución de tensiones en la unión entre el vástago y el disco de la válvula, lo cual fue consistente con la posición de fractura real del vástago de la válvula. válvula de central eléctrica.
(2) Pruebas de composición química
El vástago fracturado está fabricado con acero inoxidable martensítico S43100. Se analizó la composición química del vástago de la válvula y, mediante el análisis de diversos datos, se determinó que su composición cumple con las normas técnicas pertinentes.
(3) Ensayos de composición química y dureza de metales y aleaciones
Para verificar si la estructura y la dureza del metal y la aleación del vástago de la válvula eran normales, se probaron las diferentes partes del vástago para determinar si los parámetros estructurales y la dureza de la zona de fractura del vástago cumplían con los requisitos de la norma. Los resultados de la prueba de dureza mostraron que el vástago de la válvula fracturado presenta una distribución desigual de la dureza, especialmente la dureza de la parte no roscada fue significativamente mayor que la del área roscada de la cola. Se puede concluir que la dureza del vástago de la válvula fracturado incumplía gravemente los requisitos de la norma pertinente. Esto demostró plenamente que la dureza del vástago de la válvula tiene cierta relación con la falla causada por la fractura del vástago de la válvula de la central eléctrica.
(4) Ensayos de tracción
Se realizan pruebas de tracción en diferentes partes del vástago de la válvula roto para confirmar si las propiedades de tracción del material del vástago de la válvula cumplen con los requisitos de las normas pertinentes, como se muestra en la imagen 2.
Figura 2 Ensayos de tracción de diferentes partes de vástagos de válvulas
Varios datos mostraron que, si bien la resistencia a la tracción y el límite elástico del vástago de la válvula fracturado cumplen con los requisitos de las normas pertinentes, el alargamiento después de la fractura y la reducción del área no cumplen con los requisitos de las normas pertinentes. Además, para confirmar la tenacidad del material del vástago de la válvula fracturado, también se realizaron pruebas de impacto en diferentes partes del vástago de la válvula. Los resultados de la prueba mostraron que la tenacidad del material del vástago fracturado era relativamente pobre. La fractura y la sección transversal del vástago de la válvula se observaron con un microscopio electrónico, y se encontró que la fractura del vástago de la válvula era relativamente plana; había grietas primarias y secundarias en la superficie del vástago de la válvula. La superficie de la grieta con un área más pequeña está cerca de la fuente de la grieta, y la fractura intergranular es la característica principal de la zona de propagación de la grieta y la zona de rotura instantánea en forma de azúcar cristalino.
La dirección de fractura del vástago de la válvula es vertical, y el perfil del grano adherido a la superficie es más evidente. La superficie del grano presenta marcas de desgarro similares a garras, lo cual es consistente con la fractura frágil a lo largo del grano causada por el elemento hidrógeno. El vástago de la válvula fracturado está hecho de acero inoxidable martensítico S41300. Si bien el material ofrece ventajas como alta resistencia, presenta baja tenacidad y plasticidad, y es especialmente sensible al hidrógeno. Bajo la acción de la tensión, el elemento hidrógeno se enriquece en la zona de concentración de tensión, lo que hace que el vástago de la válvula de la central eléctrica sea muy propenso a la fragilización por hidrógeno. Se puede observar que la fractura del vástago de la válvula de la central eléctrica se ajusta a las características de la fractura frágil intergranular causada por elementos hidrógeno.
1.5 El análisis de las causas específicas de la fractura
Cuando el vástago de la válvula de una central eléctrica no puede operarse con normalidad, se requiere la operación manual. Al no contar con protección contra torque para la operación manual, el disco conectado al vástago queda atascado entre los dos asientos. El análisis de la estructura de la válvula (Figura 1) muestra que, cuando el vástago no puede extraerse con normalidad, se genera un gran momento de torsión en la superficie de contacto entre el vástago y el disco. Bajo la acción de la tensión, cuando el vástago soporta el momento de torsión, el chaflán de la sección variable del vástago se convierte en el punto de concentración de la tensión, es decir, la zona de rotura de la válvula. En resumen, cuando el vástago de la válvula de una central eléctrica no puede extraerse con normalidad, aún debe soportar un gran momento de torsión, lo que provoca la rotura de la válvula. Dado que el acero inoxidable martensítico S41300 es el material principal de fabricación de la válvula, su dureza es significativamente superior al valor mínimo exigido por las normas pertinentes, según los resultados de las pruebas de dureza. La alta dureza del material del vástago de la válvula afecta su elevación normal. Los resultados de las pruebas de tracción muestran que, si bien la resistencia a la tracción supera los requisitos de las normas pertinentes, el índice de plasticidad no los cumple. Además, los resultados de las pruebas de impacto muestran una baja energía de absorción de impactos, lo que reduce el rendimiento general del material del vástago de la válvula. En general, la alta resistencia, la baja tenacidad y la baja plasticidad son características evidentes de los vástagos de válvula fracturados, que son relativamente sensibles al hidrógeno y a la entalladura superficial. Bajo tensiones superiores al límite elástico, el vástago de la válvula de la central eléctrica es muy propenso a la fractura frágil inducida por hidrógeno. Además, debido al procesamiento, aparecen marcas de ranura en la superficie de contacto entre el vástago y el disco de la válvula, lo que causa la entalladura en la superficie de contacto de la unión. Se puede observar que las propiedades del vástago de la válvula, la sensibilidad a la fragilización por hidrógeno y la calidad del procesamiento son las principales causas de la fractura del vástago de la válvula de la central eléctrica.
1.6 Conclusión
Se realizaron diversas pruebas al vástago de la válvula roto y se obtuvieron los datos correspondientes. Tras un análisis exhaustivo de los datos, se concluyó que las causas de la fractura del vástago de la válvula de la central eléctrica se deben principalmente a los siguientes aspectos:
(1)Fractura frágil intergranular
El chaflán de sección transversal variable en la zona de conexión entre el vástago y el disco de la válvula es un punto común de fractura del vástago. El puerto del vástago se encuentra completamente plano, presentando grietas primarias y secundarias en su superficie, lo que concuerda con las características de la fractura frágil intergranular inducida por hidrógeno. Las características mecánicas del material del vástago no cumplen los requisitos pertinentes y es sensible al hidrógeno, lo cual es una de las causas de su fractura.
(2) Fallas mecánicas
El vástago de la válvula no puede levantarse con normalidad porque el disco conectado a él está atascado entre los dos asientos. En este proceso, el vástago de la válvula aún debe soportar un gran momento de torsión, lo que provocará la rotura del vástago de la válvula de la central eléctrica.
(3) Calidad de la superficie de contacto
Debido a la calidad del procesamiento, aparecieron marcas de ranura en la superficie de contacto entre el vástago y el disco de la válvula, lo que facilita la aparición del efecto de muesca. Los resultados de las pruebas demuestran que la alta resistencia, la baja tenacidad y la baja plasticidad del material del vástago de la válvula son características evidentes de su fractura.
