引言

全焊接球閥在石油和天然氣長(zhǎng)輸管道上被大量應(yīng)用,并且往往是作為埋地閥門和管道一起埋于地下使用的。由于長(zhǎng)輸管道使用壽命的長(zhǎng)期性要求,對(duì)于全焊接球閥來講,客戶往往會(huì)要求閥門的使用壽命不小于30年。那么,全焊接球閥采用怎樣的焊接坡口和焊接方法會(huì)直接影響閥門長(zhǎng)期使用的可靠性。在此,本文僅對(duì)全焊接球閥閥桿頸部焊縫接頭形式的適用性進(jìn)行探討,以期能夠幫助提升全焊接球閥的可靠性。

1閥桿頸部焊縫接頭的類別

按焊縫所處的位置進(jìn)行劃分,ASsMⅧ第Ⅷ卷的1U-3章節(jié)把焊縫分成了A、B、C、D四類。焊縫接頭分類圖如圖1所示。

圖2表明了全焊接球閥的閥桿頸部焊縫接頭在閥體上的位置。

圖2 閥桿頸部焊縫接頭位置圖

通過圖1和圖2,我們可以知道閥桿頸部焊縫接頭屬于D類。研究表明:D類接頭的受力條件比A、B、C類接頭更為復(fù)雜,特別是對(duì)于大直徑厚壁接管,不合理的D類接頭形式往往成為設(shè)備失效的起因。

對(duì)于全焊接球閥而言,根據(jù)不同的壓力和口徑要求(其結(jié)果是閥體的壁厚不同),正確地選擇這類焊縫的接頭形式尤為重要。

2閥桿頸部焊縫的接頭形式

ASMsⅧ第1卷的1U-16章節(jié)為我們指明了在設(shè)計(jì)作為D類焊縫的閥桿頸部焊接坡口時(shí)可以采用的接頭形式。圖3和圖4分別給出了在閥桿頸部和閥體間采用兩種不同焊縫接頭形式(見圖中黑色區(qū)域所示)的全焊接球閥,圖3為采用騎座式全焊透焊縫接頭形式的全焊接球閥,圖4為采用插入式全焊透焊縫接頭形式的全焊接球閥。從圖中我們可以很容易地看出,騎座式全焊透焊縫接頭是在閥桿頸部接管壁厚方向上的全焊透,插入式全焊透焊縫接頭是在閥體壁厚方向上的全焊透。

對(duì)于上述兩種焊縫接頭形式來講,其焊縫熔合線的形狀有著巨大的差別。騎座式焊縫的截面形狀是等高分布的,這使得其實(shí)現(xiàn)焊接的方法簡(jiǎn)單易行,即采用"埋弧焊機(jī)+變位機(jī)"的方式就能完成。而插入式焊縫的截面形狀卻不是等高分布的,其不同截面存在著高低落差,所以插入式焊縫又稱為馬鞍焊縫。插入式焊縫的焊接是不能采用"埋弧焊機(jī)+變位機(jī)"的方式來實(shí)現(xiàn)的,須采用特殊的數(shù)控焊機(jī)來完成。

實(shí)現(xiàn)上述兩種接頭形式的工藝條件如表1所示。

由于插入式全焊透焊縫的實(shí)現(xiàn)具有比騎座式全焊透焊縫更為復(fù)雜的工藝設(shè)備條件要求,導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)插入式全焊透焊縫所需的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于騎座式全焊透焊縫所需的成本。

3兩種焊縫接頭形式的適用性

綜上所述,騎座式全焊透焊縫接頭是在閥桿頸部接管壁厚方向上的全焊透,而插入式全焊透焊縫接頭則是在閥體壁厚方向上的全焊透。而閥體的壁厚是遠(yuǎn)大于閥桿頸部接管壁厚的,對(duì)于同一規(guī)格全焊接球閥而言,采用插入式全焊透焊縫接頭其焊縫強(qiáng)度遠(yuǎn)大于騎座式焊縫接頭。

研究表明,騎座式全焊透焊縫接頭的收縮應(yīng)力是垂直于閥體厚度方向的,這就有可能導(dǎo)致閥門在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中,閥體上的閥桿頸部孔內(nèi)壁處發(fā)生層狀撕裂。因此,騎座式全焊透焊的接頭形式在厚壁閥體的頸部焊接中存在一定的局限性,它僅適合于中等閥體厚度(30~60mm)的頸部焊接,且閥桿頸部接管的直徑范圍在32~200mm比較合適。而插入式全焊透焊縫接頭的工作更為可靠,使用壽命更長(zhǎng),而且這種接頭形式更適合于高溫高壓工況、低溫工況及交變載荷工況等閥門使用條件。

由此,對(duì)于上述兩種焊縫接頭形式,我們可以得出以下結(jié)論并作為我們的設(shè)計(jì)驗(yàn)收準(zhǔn)則:

(1)當(dāng)全焊接球閥的閥體壁厚小于等于60mm時(shí),閥桿頸部焊縫可以采用騎座式全焊透的焊縫接頭形式:

(2)當(dāng)全焊接球閥的閥體壁厚大于60mm時(shí),閥桿頸部焊縫應(yīng)當(dāng)采用插入式全焊透的焊縫接頭形式。

4結(jié)語

就全焊接球閥的設(shè)計(jì)而言,特別是高壓大口徑的全焊接球閥,其壁厚是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于60mm的,如果僅僅為了節(jié)省成本而采用騎座式全焊透的焊縫接頭形式,其實(shí)是為閥門的在線安全運(yùn)行埋下了一個(gè)不確定因素。