全焊接管線球閥材料的選擇與質(zhì)量控制

張亮　趙斌　孔繁磊

摘要：研究發(fā)現(xiàn)，閥體的選擇和質(zhì)量控制對(duì)于后期的使用性能具有重要的影響。因此，為了應(yīng)對(duì)全焊接管線球閥在嚴(yán)苛環(huán)境下的良好使用，本文主要從閥體材料的選擇和質(zhì)量控制的角度出發(fā)，對(duì)其材料選擇和質(zhì)量控制的標(biāo)準(zhǔn)以及檢測方法進(jìn)行了研究和討論，以期為提高全焊接管線球閥的質(zhì)量提供理論基礎(chǔ)和參考。

關(guān)鍵詞：全焊接；管線球閥；閥體；質(zhì)量控制

管線球閥作為一個(gè)承壓件，其在工作時(shí)不僅要承受外部的壓力，還需要承受內(nèi)部載荷的壓力，如地基不均勻沉降、山體坍塌、泥石流以及地震等所造成的彎曲載荷以及由于晝夜和季節(jié)變化而引起的溫差變化而導(dǎo)致的材料拉伸和壓縮載荷，所以在寒冷區(qū)域應(yīng)用管線球閥時(shí)，一定要對(duì)其材料的低溫韌性和抗載荷沖擊能力濟(jì)寧研究和探討，以防止低溫所導(dǎo)致的材料開裂等現(xiàn)象的出現(xiàn)。研究發(fā)現(xiàn)，管線球閥在工作時(shí)，由于環(huán)境十分惡劣，所以不可避免的會(huì)導(dǎo)致其在服役過程中會(huì)存在泄露的風(fēng)險(xiǎn)，所以對(duì)其閥體材料進(jìn)行選擇，并對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行有效的控制，以滿足全焊接管線球閥在惡劣環(huán)境下的正常使用。

1 閥體材料的選擇與質(zhì)量控制

管線球閥的全焊接閥體一般分為圓筒狀和球形這兩種結(jié)構(gòu)，圓筒狀的全焊接閥體示意圖如圖1所示，主閥體和副閥體主要是通過焊接方式連接，進(jìn)而構(gòu)成一個(gè)圓筒狀的閥體。

而球形焊接閥體的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，其閥體是由左右堆成的組件通過主焊縫連接而成的，該焊接閥體主要由2條環(huán)形焊縫所構(gòu)成，且閥體的焊接接頭處一般需要設(shè)計(jì)為間隙較小的埋弧焊，如工業(yè)上常用的NPS48 Class 900秋裝全焊接管線球閥的壁厚為140mm，該焊接接頭為超大厚度的焊接接頭。壁厚多層焊接是指對(duì)金屬基體利用焊材進(jìn)行多層加熱和冷卻焊接，這些情況會(huì)導(dǎo)致焊接接頭不均勻應(yīng)力的產(chǎn)生，進(jìn)而使得焊接件內(nèi)部會(huì)殘留有不均勻的殘余應(yīng)力，繼而產(chǎn)生焊接缺陷，由于焊接是球形閥體加工的最后一道工序，且閥體內(nèi)部含有密封材料，即閥體在進(jìn)行焊接后不能通過熱處理的方法來消除閥體內(nèi)部的殘余應(yīng)力，因此，對(duì)閥體的材料進(jìn)行選擇和控制以期保證閥體經(jīng)過焊接連接后的使用性能。

1.1 閥體材料的選擇

我國球形閥體材料一般按照美國標(biāo)準(zhǔn)分為以下幾種：A105、A350 LF2、A515 70、和A516 70這幾種，一般情況下若使用溫度≧29℃時(shí)，就可以選擇A105和A515 70的材料，而當(dāng)使用溫度≦29℃時(shí)，其材料一般選用A350 LF2 和A516 70。

1.2 質(zhì)量控制要求

全焊接閥體材料在考慮其自身強(qiáng)度的同時(shí)，還需要考慮其焊接性能，所以在保證全焊接球閥性能要求的同時(shí)，還需要對(duì)焊接接頭的韌性進(jìn)行選擇，即閥體材料在滿足ASME B16.34和相關(guān)的材料性能標(biāo)準(zhǔn)以外還需要對(duì)對(duì)材料的沖擊韌性進(jìn)行選擇，以滿足閥體材料由于內(nèi)部密封材料不能加熱而導(dǎo)致的無法通過后處理來消除焊接所造成的殘余應(yīng)力。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，往往是通過對(duì)閥體材料的選擇和元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的控制如對(duì)微量元素P和S的控制，而且在力學(xué)性能方面，在選擇時(shí)，還需要對(duì)材料的屈服強(qiáng)度和低溫性能進(jìn)行選擇和測試，以滿足工況使用要求，以ASTM A350 LF2其化學(xué)成分要求如表1所示，力學(xué)性能要求如表2所示。

1.3 鍛造及熱處理要求

全焊接管線球閥材料需要用平爐、電爐或者純氧頂吹轉(zhuǎn)爐所冶煉的鎮(zhèn)靜鋼，初煉后，對(duì)鋼材進(jìn)行脫氣，然后進(jìn)行精煉，精煉后對(duì)鋼材進(jìn)行重新熔煉，從而使得鋼材充分實(shí)現(xiàn)脫氧處理，進(jìn)而達(dá)到細(xì)化晶粒尺寸的目的，而且在冶煉后，往往需要切除端頭部位，以祛除鋼材內(nèi)部含有大量的氣泡，而且鍛造的變形比不易大于3 ，在鍛造過程中對(duì)鍛件的溫度變化要加以控制，以促使工件緩慢冷卻，且最終冷卻后的工件以及熱處理前的工件應(yīng)該溫度處于相變溫度以下，以避免鍛件在后處理過程中出現(xiàn)相變，在后期的祛除應(yīng)力退火過程中，正火溫度一般設(shè)定為900℃左右，而回火溫度一般控制在660℃680℃之間。

2 結(jié)論

綜上所述，由于全焊接管線球閥閥體在焊接后其后期不能夠通過熱處理消除其因?yàn)楹附佣a(chǎn)生的參與應(yīng)力，所以必須要在前期選擇好具有優(yōu)良性能的閥體制備材料，即通過對(duì)材料的微量元素含量、材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的控制，以期提高我國全焊接管線球閥的質(zhì)量。

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