全焊接锻钢管线球阀阀体焊缝免热处理说明

《全焊接锻钢管线球阀阀体焊缝免热处理说明》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、全焊接锻钢管线球阀阀体焊缝免热处理说明我公司生产的全焊接锻钢管线球阀的焊接工艺均按ASME第IX卷进行工艺评定（PQR），根据工艺评定制定详细的焊接作业工艺指导书（WPS）。残余应力是焊接结构不可避免的问题。在碳素结构钢接头中，残余应力可以达到焊缝材料的屈服强度水平。由于A105钢是含合金量低、屈服点低、塑性良好的锻钢，采用S2＋OP122焊接材料匹配，其接头的屈服点仍可能达400MPa以上。实测的残余应力峰值往往在350MPa以上。当接头厚度大于38mm以上时，一般要求采用热时效工艺。由于碳素结构钢在焊接

2、时，特别采用埋弧焊，其氢脆问题和热脆性问题不敏感，故热时效的目标主要是降低残余应力。因此免热处理时效工艺设计的任务是建立一个能形成低残余应力接头的工序。阀体主焊缝采用两条平行对称的环形焊缝结构，焊接坡口采用窄间隙埋弧焊，大大减少焊接截面积，使焊缝的熔敷金属量减少，严格控制焊接热输入量，其热输入量远比普通埋弧焊明显减少，焊后应力及热影响区显著减少，严格控制焊前预热、焊中控制层间温度，焊接材料严格控制碳当量，使焊后阀体仍然有较好的冲击韧性和强度要求。为尽可能减小焊后应力，我公司参照IGC-CODE1993《液化

3、天然气储罐消应力》规范，把递增式水压去应力技术作为消应力的一道工序（伴随强度试验进行）。通过该工序可以明显减少焊接区域的应力。具体技术指标见下图：焊接阀门水压试验－机械消应力的效果采用递增式水压去应力技术比其它公司采用的超声波去应力的优点在于超声波去应力的有效范围只有在阀体表面的4mm范围内有效，不能见减小焊接深部的应力，而递增式水压去应力技术可以通过水压对桶体的机械扩张作用，使整个桶体的全壁厚都能有效降低焊接应力。通过水压加载形成的工作应力与残余应力叠加，接头的高应力部位首先发生塑性变形，压力卸载后，残余

4、应力分布重新调整，峰值残余拉应力下降；消应力效果与原始残余应力水平及水压试验的工作应力水平相当。缺口张开钝化的保护区效应：原缺口及缺陷是应力集中部位，加载时，其尖锐部位由于应力集中使实际应力倍增，缺口前方按应力集中场分布形成了一个呈叶芽状的塑性变形区，并使缺口张开；卸载后，缺口的张开量由于塑性变形而保留，缺口的钝化使应力集中系数下降，又由于其周围塑性变形区的拉应力松弛，形成一个低应力甚至压应力保护区。其保护区的大小及形态与原始缺口的形貌及加载的程序相关。为验证焊接工艺的正确性，我公司进行多次工艺试验，并按A

5、SMEIX进行工艺评定，焊缝符合NACEMR0175要求的油田设备的抗硫化应力腐蚀金属材料的要求。通过焊接专家组进行了科学全面的工程评估，参考API1104《管道与相关设施的焊接》标准附录A和挪威船级社的DNV-OS-C401标准《Fabricationandtestingofoffshorestructures》对焊接接头免焊后热处理的验收标准，根据金属材料弹塑性断裂力学理论，按BS7448Part2标准《FractureMechanicsToughnessTest》进行焊接接头裂纹尖端张开位移试验（CT

6、OD），准确评价焊接接头韧性，充分论证了在项目组制定的焊接规范下，阀体焊接可以免焊后热处理证明我公司的焊接工艺能满足焊后免热处理。因此，专家组一致同意，项目组所制定的阀体材料采购规范、焊接材料、焊接工艺规范可应用于阀体材料为A105锻件的全焊接阀体球阀的生产，可免焊后热处理。具体技术指标见下表：A105钢焊接接头的CTOD试验结果（单位：mm）δcδ0.05δmHAZ0.1970.240.53WM0.1960.230.91其中HAZ的启裂点CTOD值δc直接测量获得，临界CTOD值δ0.05用多试样CTOD

7、试验回归线与裂纹扩展量0.05mm垂直线的交点确定，突进点的CTOD值δm由试验直接测量获得。焊缝的启裂点CTOD值δc和临界CTOD值δ0.05用用多试样CTOD试验回归线与裂纹扩展量0.00mm及0.05mm垂直线的交点确定，突进点的CTOD值δm由试验直接测量获得。根据DNV-OS-C401（挪威船级社）标准，CTOD值大于0.15mm为合格。开发工艺接头的实测δc皆大于0.15mm，表明接头可以在不进行热时效处理的情况下使用。另外，API1104《管道与相关设施的焊接》标准附录A给出了CTOD值分别

8、为0.005in（0.1225mm）和0.01in(0.245mm)时缺陷尺寸与许用应变的关系图，见图7-9。图中也给出接头实测的最低CTOD值0.197mm（约0.008in）的曲线。图7-9不同CTOD值的相关缺陷尺寸与最大许用应变的关系图图7-9给出了接头具体的安全判据，当缺陷尺寸小于0.15in(3.675mm)时，接头的最大许用应变可达0.005ε(即5000με)；按额定工作压强的1.5倍计算，最大主