絲扣黃銅球閥發生季裂的原因分析

近期我公司技術部門接到一位用戶的反饋，反映在國外某公司進口的一批黃銅球閥在使用不到一年，閥體出現裂紋漏氣，而且數量呈逐步增多的趨勢。咨詢我公司技術人員，是什么原因導致的？應采取哪些措施？我公司工程師指出：絲扣黃銅球閥要發生季裂，必須具備三個條件：應力、潮濕環境和氨氣或二氧化硫等介質。

一、殘余應力和附加應力的產生

根據廠家提供的生產工藝流程圖可以知道：黃銅棒材經過下料、鍛壓、金加工、裝配完成，在其金加工程序后，沒有進行退火處理工序。黃銅球閥閥體冷加工后存在的殘余應力沒有被消除。

黃銅球閥的絲扣是柱螺紋形式，而鍍鋅管的絲扣為錐螺紋形式，在錐螺紋與柱螺紋套配時，錐螺紋會對球閥絲扣端施加一個脹擴的附加拉應力。因沒有配備扭力扳手，施加的拉應力還會受到鍍鋅管絲扣加工精度、聚四氟生料帶纏繞厚度及旋緊扭矩大小因素的影響變化。可以推斷黃銅球閥的絲扣端部有少量殘余應力和較大的附加應力存在，當內應力與工作應力疊加，會過早地使閥體產生微裂紋。

二、外部潮濕環境條件的形成

武漢地處南方，多雨，地下水位偏高，井室內易積水，井室內環境較為潮濕。銅在與大氣、水等接觸時，反應生成難溶于水的堿式硫酸銅CuSO4.3Cu(OH)2和堿式碳酸銅CuCO3.Cu(OH)2薄膜，又稱“銅綠”。問題閥門的絕大部分閥體外表面有銅綠銹蝕，也說明了這個問題。

三、NH3或SO2等介質的來源

1、NH3介質的可能來源

(1)NH3來自市政道路施工中使用的混凝土外加劑，特別是在冬季施工過程中，在混凝土中加入尿素(CO(NH2)2)和NH3?H2O為主要原料的混凝土防凍劑，這些含有大量氨類物質的外加劑會隨著溫濕度等環境因素的變化而還原成NH3從道路混凝土中緩慢釋放出來，造成井室內空氣中NH3的含量大量增加。

(2)與燃氣井室相近的污水管和污水井室內的氨氣通過土壤的滲透進入燃氣井室。

2、SO2介質的可能來源

(1)天然氣成分中H2S的影響。由于民用燃氣為二類天然氣，其中H2S含量小于20mg/m3，因此HPb59—1鉛黃銅在安裝于民用燃氣管路未端的閥門中也被普遍采用。一方面不是能接觸到天然氣中H2S成分的閥體部位，連接絲堵端部位要比鍍鋅管端的機會更大，但發生裂紋的位置常發生在與鍍鋅管一端，而非絲堵一端。由于天然氣中H2S含量較低，而且從裂紋發生的位置來判斷，天然氣成分中H2S的影響可能有，但不會太大。

(2)汽車尾氣。汽車尾氣主要污染物為CxHy、NOx、CO、SO2、含鉛化合物、苯丙芘及固體顆粒物等。目前北京、上海、廣州、深圳和南京等五個城市的汽油和柴油均執行國四標準，汽油中的硫含量小于5.0×10-5/kg，武漢市在2013年7月1日前執行國三標準，硫含量不得大于1.5×10-4/kg，汽車尾氣中SO2含量較高，在下雨時部分溶解在水中會隨雨水流入井室。

通過分析，燃氣井室內的黃銅球閥完全具備有黃銅季裂的條件，可以判斷地下井室內燃氣放散管黃銅球閥閥體裂紋的成因為季裂。