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全焊接球阀阀体管线球阀焊接接头的概述

作者:浙江亚一阀门有限公司 来源:http://www.yayiv.com/ 发布于:2015-7-23 22:51:50

全焊接球阀阀体管线球阀焊接接头的概述

1全焊接球阀 概述
石油、天然气输送管道是一条能源供给线,线上的紧急切断阀为全焊接阀体管线球阀。该阀安装在野外,远程操作,维护困难。阀门既承受管道内部压力,又承受外部载荷,如地基沉降、泥石流、地震、管道温度应力和地下水的电位腐蚀及应力腐蚀等,工况条件十分恶劣,要求具有30年以上的无维护使用寿命。
2 全焊接球阀阀体特点
全焊接阀体的焊接接头一般均设计为窄间隙厚壁埋弧焊。如Class600-20in的球阀,焊接壁厚为44mm。Class900-48in球阀,焊接壁厚为140 mm。所以阀体焊接为超大厚度筒状焊接接头。厚壁多层焊接过程是金属材料多次反复加热和冷却的过程,导致焊接接头组织的不均匀性和劣质化,产生高的残余应力,甚至产生焊接缺陷。焊接是阀体组装后的最后一道工序,体腔内有非金属密封材料橡胶和四氟塑料,不能进行焊后热处理。另外,在阀体焊接接头设计中,为对准和定位,在焊缝根部存在一条环形的装配缝隙,这一缝隙在内部压力和外部载荷作用下,将产生几倍于正常工作应力的应力集中,难于处理。因此,阀体焊接接头的根部缝隙的应力集中、残余应力、组织劣质化成为阀体结构中的薄弱环节,成为产品结构边界完整性的一个隐患。
3 全焊接球阀分析
通过对大量的金属材料焊接结构失效事故进行分析,其结果表明,大部分焊接接头失效是金属材料韧性不足造成的。接头中金属材料在焊接过程中快速熔融又快速凝固,受到周边金属约束力的作用产生较大的残余应力,而金属材料又多次反复经历熔融-凝固的相变过程,形成粗大的柱状晶粒,并产生析出、夹杂、气孔和微裂纹等缺陷,使材料的韧性明显降低。由于事故的复杂性,预言某一结构因某种原因失效是困难的。但从统计学角度分析,大部分焊接结构的破坏是由于材料的韧性不足,由微小的缺陷引发疲劳裂纹,并不断扩展造成的。
由于焊后金属材料的不均匀性、劣质化和缺陷,材料学中的3个基本假设,连续性假设、均匀性假设和各向同性假设已不能满足要求,这就需要应用断裂力学的理论。断裂力学的任务就是从构件中存在宏观的微裂纹的事实出发,用线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学的分析方法解决构件的裂纹问题。即把构件中裂纹尺寸、工作应力和材料抵抗裂纹的能力(即裂纹尖端张开位移Crack Tip Opening Displacement-CTOD断裂韧性值)定量地联系起来,对含有微裂纹的构件和组织劣质化的接头,其安全性和寿命进行试验分析与评估。此方法能准确地评估焊接接头的韧性。
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