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        上海滬工閥門廠(集團)有限公司

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        滬工閥門

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        (注:接上一篇《全焊接閥體管線球閥焊接接頭安全評估(前言)》)

        二、影響閥體焊縫安全性的因素

        1. 焊縫根部應力集中

        由于全焊接球閥閥體裝配對準和定位要求,在焊縫根部存在一條環形裝配隙縫,這將導致在閥體焊縫根部出現較大的應力集中。通過有限元分析計算,20in,600Lb 球閥閥體,在 10MPa 工作壓力下,可以明顯地觀察到在焊縫根部出現較大應力集中,其根部 Von misese 應力達到 275MPa,已超過 A105 材料的屈服強度,達到正常工作應力 3 倍左右。

        2. 焊縫殘留應力分析

        如前所述,焊接殘留應力是由于在施焊時,焊件上產生不均勻的溫度場,焊縫及其附近區域溫度急劇升高,不均勻的溫度場產生的不均勻的膨脹,焊接殘留應力由此產生。而月.全焊接閥體焊接接頭為典型的厚壁多層焊縫,焊接熱影響區經歷反復多次升溫—冷卻,造成該區域晶粒組織粗大,構成焊接接頭韌性薄弱區。

        根據閥體材料及焊接電流、焊接速度等焊接工藝參數,可采用熱彈塑性有限元法計算全焊接閥體的焊接殘留應力分布。由計算可知,閥體的最大焊接殘留應力達到 407MPa,遠遠超過 A105 材料的屈服強度。

        閥體軸向殘留應力計算和測量值的比較(圖 1a)
        圖 1a 閥體軸向殘留應力計算和測量值的比較(焊接殘留應力沿不同方向的仿真分布結果與測試結果)
        閥體周向殘留應力計算和測量值的比較(圖 1b)
        圖 1b 閥體周向殘留應力計算和測量值的比較(焊接殘留應力沿不同方向的仿真分布結果與測試結果)
        閥體厚度方向的殘留應力分布曲線(圖 1c)
        圖 1c 閥體厚度方向的殘留應力分布曲線(焊接殘留應力沿不同方向的仿真分布結果與測試結果)

        圖 1a、圖 1b 分別為焊接殘余軸向應力,焊接殘留環向應力的實測與計算結果。從圖可知,最大軸向應力及周向應力均在閥體厚壁圓筒焊縫中心位置的外表面,殘留應力為拉應力,而內表面為壓應力。圖 1c 為焊接殘留應力沿焊縫厚度方向上的分布。從圖 1 同樣可知,最大焊接殘留軸向、周向計算應力可達到 A105 材料的抗拉強度。

        綜上所述,在工作壓力下,由于焊縫根部的環形裝配隙縫,將導致焊縫根部產生 3 倍于工作應力的應力集中;厚壁焊縫的焊接殘留應力已達到閥體材料抗拉強度,危及閥體結構安全。因此,根據標誰要求通過焊后熱處理,可細化焊縫及熱影響區晶粒,降低焊接殘留應力值,提高焊接結構斷裂韌度。但由于全焊接閥體球閥結構的特殊性,全焊接閥體不能進行焊后熱處理。

        因此,需要研究有效的非熱時效方法和焊接接頭免焊后熱處理可能性的試驗方法與科學依據。

        (全文未完,請看下一篇《全焊接閥體管線球閥焊接接頭安全評估(CTOD 試驗和結論)》)


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