全焊（hàn）接球閥采用免焊後熱處理技（jì）術（A－PWHT）設計閥體焊縫必須能承（chéng）受內（nèi）外載荷（hé）作用而不發生破壞，因此整（zhěng）體焊接閥（fá）體研製的關鍵在於大口徑環向焊縫的焊接工藝可行性和承壓焊縫安全評定。研製技術路線為（wéi）窄間（jiān）隙焊縫（féng）工藝製定→非熱時效方式消除應力→焊縫韌性評定→焊接殘餘應力測（cè）定→承壓焊縫安全評定→工業化試驗。

整體焊接（jiē）閥體最大焊縫厚度超過130mm，根據ASMEBPVC和API6D規定（dìng），該焊縫必須進行熱處理以消除焊接應力。但整體焊接閥體因內部橡膠（jiāo）及塑料（liào）等密封材料的限（xiàn）製，不能進行焊後熱處理，因此必須采（cǎi）用非熱時效的應力消除方式和有效的評定準則保證焊縫的可靠性和安全性。

全焊接球閥焊縫缺陷評定準則

由於焊縫存在缺陷，彈（dàn）性（xìng）力學（xué）的連續性、均勻性和各向同性的理論已經不適用於焊縫的評定。因此采用斷裂力學理（lǐ）論（lùn）評定焊縫性能，在缺陷（xiàn）存在的情況下，隻要材料有足夠的韌性，焊縫有足夠的止裂（liè）性，則仍（réng）然能（néng）保證材料在工作期間有足夠的強度和塑性而不（bú）發生（shēng）破壞

外載作用下，裂紋尖端材料發生塑性變形，當（dāng）裂紋尖端張開位移（CTOD）δ大於臨界值δc時，裂紋開始開裂，尖（jiān）端裂紋安全評定準則為δ≤δc。

當σ≤σy時，

當σ＞σy時，δ=2πaε。

臨界張開（kāi）位移

臨界裂紋

式中 a———裂紋尺寸，mm

ac———臨界裂（liè）紋尺（chǐ）寸，mm

δ———張開位移，mm

δc———臨界張開位移，mm

σ———應（yīng）力，MPa

σy———屈（qū）服應力（lì），MPa

ε———應變

εy———屈服應變（biàn）

E———彈（dàn）性模量，MPa

整體焊接閥體焊縫裂紋主要有張（zhāng）開型、滑開型和撕開型3種。張開型裂紋（圖4）在垂直於裂紋（wén）麵力F作用下，裂（liè）紋（wén）尖（jiān）端（duān）張開擴張，容易產生低（dī）應力斷裂。采用斷裂力學評估裂紋強度時，主要考慮張開型裂（liè）紋失效（xiào）影響。

整體焊接閥體焊縫區未經焊後熱處理（lǐ），因此存在較大的焊（hàn）接殘餘應力，假設焊接殘餘應力超過材料的（de）屈服強度σy，則焊縫區域總應變εt為

εt=εw+εP

當εw=εy，εP=0.63εy時，εt=1.63εy。設計時取εt=2εy，則最大允許裂紋臨界值amax為

amax=0.09（δc/εy）

式中εw———焊（hàn）接（jiē）應力產生的應變

εP———設計載荷產生的應（yīng）變

全焊接球閥焊縫韌性評估

采用BS7448－2標準測定焊縫CTOD值，根據API1104和DNV－OS－C401標準評價焊縫（féng）材質韌性。從整體焊接閥體焊縫區全厚度方向（xiàng）截取標準式樣，厚度B，寬度W=36，長度L=4W+20。預（yù）製裂紋長度a≈（0.04～0.05）W（圖5、圖（tú）6）。從檢測（cè）的閥體焊（hàn）縫和焊縫熱影響區（HAZ）的δc值（表1）分析，焊縫和HAZ的δc值（zhí）大於（yú）標準規定。在不進行熱處理的情況下，根據窄間隙焊接工藝設計的焊縫滿足（zú）標準規定，具（jù）有足夠的韌性。

全焊接球閥CTOD加載測試

豪克能技術消除焊接殘餘應力（lì）

豪克能技（jì）術是采用頻率達到20kHz以上具有大能量的振動設備（bèi），衝擊金屬物體表麵，能使（shǐ）焊縫金屬殘餘應力獲得釋放，改變焊（hàn）縫的（de）應力分布。大口（kǒu）徑整體焊接（jiē）閥體的窄間隙焊縫厚度超過130mm，焊接過程中由於焊縫的熱脹冷縮，在軸向和環向存在較大（dà）的焊接應力。由於采用小電（diàn）流、多道焊工藝，厚度方（fāng）向受（shòu）約束較小、熱量易於（yú）釋放，應力相對較小。采用豪克能應力消除設備垂直衝擊環向焊縫表麵，通過盲（máng）孔法測定焊接殘餘應力（lì）表明，豪克能技術可以消除掉80%以上的焊接殘餘應力（表2）。

表2 豪克能處理前後（hòu）平均應力對比。

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