上海滬工閥門廠（集團）有限公司

（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(yīng)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(huán)形裝配隙縫，這將導(dǎo)致在閥體焊縫根部出現(xiàn)較大的應(yīng)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(xiàn)較大應(yīng)力集中，其根部 Von misese 應(yīng)力達到 275MPa，已超過 A105 材料的屈服強度，達到正常工作應(yīng)力 3 倍左右。

2. 焊縫殘留應(yīng)力分析

如前所述，焊接殘留應(yīng)力是由于在施焊時，焊件上產(chǎn)生不均勻的溫度場，焊縫及其附近區(qū)域溫度急劇升高，不均勻的溫度場產(chǎn)生的不均勻的膨脹，焊接殘留應(yīng)力由此產(chǎn)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(qū)經(jīng)歷反復(fù)多次升溫—冷卻，造成該區(qū)域晶粒組織粗大，構(gòu)成焊接接頭韌性薄弱區(qū)。

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

圖 1a 閥體軸向殘留應(yīng)力計算和測量值的比較（焊接殘留應(yīng)力沿不同方向的仿真分布結(jié)果與測試結(jié)果）

圖 1b 閥體周向殘留應(yīng)力計算和測量值的比較（焊接殘留應(yīng)力沿不同方向的仿真分布結(jié)果與測試結(jié)果）

圖 1c 閥體厚度方向的殘留應(yīng)力分布曲線（焊接殘留應(yīng)力沿不同方向的仿真分布結(jié)果與測試結(jié)果）

圖 1a、圖 1b 分別為焊接殘余軸向應(yīng)力，焊接殘留環(huán)向應(yīng)力的實測與計算結(jié)果。從圖可知，最大軸向應(yīng)力及周向應(yīng)力均在閥體厚壁圓筒焊縫中心位置的外表面，殘留應(yīng)力為拉應(yīng)力，而內(nèi)表面為壓應(yīng)力。圖 1c 為焊接殘留應(yīng)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(yīng)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(huán)形裝配隙縫，將導(dǎo)致焊縫根部產(chǎn)生 3 倍于工作應(yīng)力的應(yīng)力集中；厚壁焊縫的焊接殘留應(yīng)力已達到閥體材料抗拉強度，危及閥體結(jié)構(gòu)安全。因此，根據(jù)標誰要求通過焊后熱處理，可細化焊縫及熱影響區(qū)晶粒，降低焊接殘留應(yīng)力值，提高焊接結(jié)構(gòu)斷裂韌度。但由于全焊接閥體球閥結(jié)構(gòu)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(xué)依據(jù)。

（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(jié)論）》）