核电厂安全壳喷淋系统，在事故工况下通过喷淋为安全壳提供冷源以确保安全壳的完整性。机组正常运行期间，安全壳喷淋系统处于备用状态。核电厂安全壳隔离阀为平行楔块式电动闸阀，核安全2级，口径为DN350，运行最大压力为2.1 MPa，运行温度为40℃。该电动阀门采用限位开/力矩关的运行方式，力矩设定值为600 N·m。正常情况下，阀门全开启时，阀门上密封处于非接触状态。阀门结构如图1所示。

  

图1 阀门结构示意图Fig.1 The diagrammatic sketch of the valve

2013年5月，大修期间，对核电厂安全壳喷淋系统隔离阀进行了解体检查，发现其中两个阀门的上阀座表面硬质合金（stellite 6）堆焊层中开裂。至事件发生时，上述两个阀门约使用了20年。

核电厂有上百个相同结构类型的阀门。在事故工况下，一旦阀门填料函失效，叠加阀门无法隔离，进行在线更换填料函时，阀门上密封失效存在放射性硼水外漏造成人员沾污的风险。本文通过残余应力测试、化学分析，金相观察、硬度检测及断口分析，结合有限元应力分布分析等方法对上阀座开裂的原因进行了分析。

1 分析过程与结果

1.1 宏观形貌观察

本文分析对象为核电厂安全壳喷淋系统隔离阀上阀座，编号分别为1号和2号，见图2。对1号和2号上阀座的表面进行宏观观察，表面可见一圈摩擦光亮的环状压痕，压痕宽度约为5 mm，1号上阀座内锥面压痕较2号重；1号和2号上阀座裂纹主要分布于硬质合金层，对压痕区的裂纹进行微观观察，见图3，径向主裂纹为多源起裂，由压痕两侧向两端扩展，存在有较多的二次裂纹，裂纹起源区靠近压痕，且可见车削原始加工痕迹，裂纹源附近未见异常腐蚀和尖口等缺陷。1号上阀座表面裂纹多于2号。形貌观察结果表明，上阀座径向主裂纹与环向拉应力有关。

  

图2 上阀座宏观形貌（a）1号上阀座；（b）2号上阀座Fig.2 Macro morphology of the upper valve seat

  

图3 上阀座压痕区形貌Fig.3 The morphology of indentation area

1.2 上阀座残余应力测试

Stellite为硬脆材料，焊后的热处理工艺控制不当会导致残余应力过大，运作中逐渐释放出现开裂。对上阀座的stellite表面进行残余应力测试。所用仪器为爱斯特应力技术有限公司生产的X-350A型X射线应力测定仪，每个点的应力测试方向为环向和径向。残余应力测试结果表明（见表1），硬质合金层表面的环向残余应力为拉应力，径向残余应力为压应力。硬质合金层表面环向拉应力均值为250 MPa左右，小于硬质合金抗拉屈服强度（541 MPa）。残余应力值为上阀座开裂后的测量结果。根据阀门制造完工报告以及现场阀门抽检情况，上阀座氧-乙炔火焰堆焊工艺满足RCC-M（2000版+2002补遗）规范要求，采用相同工艺部位的楔形块和阀座密封副未发现有开裂现象，因此残余应力引起上阀座开裂的可能性小。

 

表1 上阀座残余应力测试结果Table 1 The result of resdual stress

  

注：正为拉应力，负为压应力。

 

测量部位硬质合金/MPa环向 径向上阀座内表面256.8±44 -399.3±144 231.2±174 -391.9±67 216.8±71 -466.1±120 132.4±100 -103.1±68 413.8±50 -154.0±135 257.1±97 -320.9±44

1.3 裂纹断口观察

当然，这都是比较低级小儿科的方式，这位人士还透露，更高层次往往是参股外部公司的方式，这种方式更隐蔽，甚至披上了合法的外衣。

  

图4 裂纹取样位置Fig.4 The sampling position of the crack

1.4 金相观察及硬度检测

根据分析结果，升版了相同类型的阀门检修程序，将阀门行程标准的误差范围控制在负偏差以内，并在再鉴定工序中增加电动全开后手动验证上阀座受力步骤，避免阀门电动全开后上阀座处于受力状态。

实测阀杆和上阀座的尺寸，使用ANSYS软件建立有限元三维应力分布分析模型。阀门的开保护力矩动作值为600 N·m，当阀杆与上密封座接触后，阀杆与上阀座产生的接触应力分布见图9。图9中分析结果表明，阀门全开后，阀杆与上密封座接触周围会产生环向拉应力，当接触区变形深度达为0.5 mm时，环向拉应力达到629 MPa，等效接触应力会达到1 332 MPa，超过硬质合金材料抗拉强度（896 MPa）。有限元应力分布分析结果与上阀座开裂的实际情况一致。

在1号上阀座上选取典型的主裂纹进行切样扫描电镜观察，见图4。打开裂纹断面，见图5至图7，主裂纹和二次裂纹汇合处较明显的解理断口，断面的开裂性质均为脆性开裂，裂纹源区未见异常腐蚀现象，压痕区的硬质合金层的主断面变形明显，经测量压痕区的变形深度为0.5 mm，硬质合金层的厚度约为2 mm。

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1.5 化学成分分析

经过对上阀座开展的残余应力测试、材料成分、金相组织、硬度检测、有限元应力分布等方面的分析，上阀座开裂是由于阀门行程设置不当，导致阀杆与上阀座曾经接触，致使上阀座接触密封线挤压变形，压痕两侧附近产生环向拉应力而引起硬质合金层表面脆性开裂。

  

图5 1-1主裂纹断面Fig.5 The fracture surface of the main crack 1-1

  

图6 1-2主裂纹断面Fig.6 The fracture surface of the main crack 1-2

  

图7 1-3二次裂纹断面Fig.7 The fracture surface of the secondary crack 1-3

  

图8 上阀座金相组织Fig.8 The metallography images of the upper valve seat

 

表2 上阀座硬质合金层化学成分（wt%）Table 2 The chemical composition of the stallite alloy of valve seat

 

1.6 有限元应力分布分析

显微硬度检测结果表明，硬质合金的显微硬度值在HV460～HV480范围内，316不锈钢基材的显微硬度值在HV180～HV210范围内，呈现连续变化的趋势，均满足法国标准NF-M-64-100要求。

妇产科患者较为特殊,所患疾病包括子宫肌瘤、子宫癌等,还有孕妇患者等[1],其治疗效果受到心理状况的影响较大,因此对护理措施的要求较高。相关资料显示,人性化护理能够有效缓解妇产科患者的心理压力,对提升患者的治疗效果有着较大的促进作用。本文选取我院2016年5月-2016年12月期间收治的30例妇产科患者,对他们实施人性化护理方式,取得了较好的护理效果,具体报告如下。

  

图9 上阀座密封处接触应力（a）环向拉应力；（b）等效应力Fig.9 The contact stress along the seal line of the valve seat

2 分析结果与讨论

核电厂喷淋系统隔离阀为大口径的楔形闸阀，需要很大的轴向力来克服开启行程起始阶段的摩擦阻力和流体压差。这些轴向力甚至会超过力矩开关设定值，启闭力矩开关采用相同整定值。为此，在起始阶段，阀门的力矩开关通常被旁路而利用执行机构的全部力量进行开启，阀门开启一定行程后，旁路断开，力矩保护开关重新工作。

参考文献：

3 分析结论及改进措施

对上阀座的硬质合金层取样进行化学成分分析，分析结果见表2。表2数据显示，上阀座化学成分相对于法国标准NF-M-64-100，有增碳、增铁现象。标准还规定，采用氧乙炔焊的硬质合金（stellite6）的含碳量允许达到1.8%，采用电弧焊的硬质合金的铁含量允许达到6%。分析结果表明，上阀座硬质合金层的化学成分未见异常。

对上阀座的金相组织进行显微观察，见图8。上阀座的硬质合金组织由灰色的富铬初晶相+黑色的碳化物相与初晶相组成的共晶组织，组织未见明显异常。对金相组织的截面进行观察，从裂纹宽度判断，裂纹从表面开裂，贯穿硬质合金层后，延伸至不锈钢基体焊接热影响区。

开裂的上阀座在残余应力、化学成分、金相组织、硬度测量等方面未发现异常现象。裂纹断口分析结果显示，裂纹断口为脆性断口，硬质合金层和不锈钢基底均发生了明显的变形，这表明上阀座受力过大发生变形。阀门受力计算分析结果表明，主阀座可以承受轴向力限值，然而阀杆与上阀座接触后会造成两者真正的过应力。有限元应力分布分析结果与上阀座开裂的实际情况一致。

［1］ 安跃坤.Co基合金堆焊工艺分析及质量控制［J］.内燃机配件，2008，4：37.

与正常对照组相比，GM模型组小鼠血清中TNF-α和IL-6水平明显升高（P＜0.01）。与GM模型组相比，不同剂量SVPr和阳性药组小鼠血清中TNF-α和IL-6水平显著下降（P＜0.05，P＜0.01），但均未恢复至正常水平（图6）。

［2］ 邹国伟，王刚，马致远.STELLITE6大面积堆焊工艺的研究［J］. 金属加工，2008，22：45.

正如闺蜜所说，男人一旦有了出息，就算自己不出去寻花觅柳，一些莺莺燕燕的诱惑也会主动找上门来，防不胜防。

［3］ 王德权，胡毅钧，李杰.阀门用钴基合金及堆焊工艺［J］.阀门，2004，7：12.