引言

全焊接球閥在石油和天然氣長輸管道上被大量應(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。由于長輸管道使用壽命的長期性要求,對于全焊接球閥來講,客戶往往會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直接影響閥門長期使用的可靠性。在此,本文僅對全焊接球閥閥桿頸部焊縫接頭形式的適用性進行探討,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類接頭更為復雜,特別是對于大直徑厚壁接管,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)計作為D類焊縫的閥桿頸部焊接坡口時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,這使得其實現(xiàn)焊接的方法簡單易行,即采用"埋弧焊機+變位機"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+變位機"的方式來實現(xiàn)的,須采用特殊的數(shù)控焊機來完成。

實現(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現(xiàn)具有比騎座式全焊透焊縫更為復雜的工藝設(shè)備條件要求,導致實現(xiàn)插入式全焊透焊縫所需的成本遠遠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。而閥體的壁厚是遠大于閥桿頸部接管壁厚的,對于同一規(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度遠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,這就有可能導致閥門在長期運行過程中,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,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)計驗收準則:

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

(2)當全焊接球閥的閥體壁厚大于60mm時,閥桿頸部焊縫應(yīng)當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)計而言,特別是高壓大口徑的全焊接球閥,其壁厚是遠遠大于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,其實是為閥門的在線安全運行埋下了一個不確定因素。