[发明专利]一种基于阀门应力分散的焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及焊接技术，具体涉及一种基于阀门应力分散的焊接方法。

背景技术

目前在工程生产上，焊接是最主要的连接方法。大量研究表明，受应力作用的构件的真实应力值超过其所能承受的最大应力时，可能发生萌生裂纹，甚至突然断裂。在焊接结构中，焊接缺陷、应力集中和残余拉伸应力对于焊接接头焊趾处的作用，会导致其强度极限相比基本金属的强度极限要低得多，所以焊接结构的强度极限主要取决于焊接接头的基本力学性能，即焊接接头的拉伸压缩性能，这关系着焊接结构能否安全使用。因此，为了使焊接结构更好地满足工程上对其提出的承载能力的要求，减少焊接结构的疲劳损伤，提高焊接构件的强度极限，降低焊缝根部的应力集中效应，保证焊接结构在服役期内的安全性，延长焊接结构的使用寿命具有重要意义。同时，研究解决应力集中问题为工程应用提供科学的指导。

调查表明，在阀门结构的连接方式中，焊接连接占有很大比例，如对焊、承插焊、端焊等。显然，解决阀门结构在服役期间因阀盖与阀体焊接后焊缝处存在的应力集中效应而导致的失效问题十分迫切。

随着现代科学技术的发展，阀门在工业、建筑、农业、国防、科研以及人民生活等方面使用日益普遍，现已成为人类活动的各个领不可缺少的通用机械产品，在船舶、车辆、飞机、航天领域中对阀门的精度以及性能要求更是严格。阀门是管路流体输送系统中的控制部件，它起到改变通路断面和介质流动方向的作用，具有导流、截止、节流、止回、分流或溢流卸压等功能。工业阀门诞生在蒸汽机发明之后，近二三十年来，由于石油、化工、电站、冶金、船舶、核能、宇航等方面的需要，对阀门提出了更高的要求，阀门的需求量也不断增加。阀门结构使用量大，开闭频繁，但往往由于阀门结构在阀盖与阀体的焊接结构失效，导致跑、冒、滴、漏现象，由此引起的火灾、爆炸、中毒、烫伤事故或者造成产品质量低劣、能源浪费、设备腐蚀、物料增耗、环境污染，甚至造成停产等事故。例如，2008年，一辆满载33吨盐酸的东风槽车在108国道楚雄州境内元谋路段3129公里处因罐体阀门失灵，导致槽车罐内盐酸向外泄漏；2009年，某炼油厂重油催化车间的丙烯工艺管线阀门突然发生泄漏造成易燃易爆的丙烯戒指泄漏。毋庸置疑，至今为止在国内外，由于阀门结构的失效导致事故发生的事例可谓是数不胜数，同时也给国家造成了严重的经济损失。

导致阀门结构失效的原因有以下几点：流体的腐蚀性、热冲击、磨损、应力集中萌生裂纹等。其中应力集中萌生裂纹是导致阀门失效的主要因素。应力集中是指受力构件由于几何形状、外形尺寸发生突变而引起局部范围内应力显著增大的现象，多出现于尖角、孔洞、缺口、沟槽以及有刚性约束处及其邻域。阀门结构中的阀盖与阀体焊接连接后，在其服役期间，由于焊缝根部后方的缺口部分不能承受外力，这一部分外力要由缺口前方的部分材料来承担，使得焊缝根部的应力值远高于其他部位的应力值，从而使得在阀门结构的焊缝根部处出现了应力集中现象。应力集中是阀门结构在使用过程中的常见现象，在阀门结构的设计分析与制定焊接方法及规范时需要重点考虑。有效地削弱阀门结构焊缝根部处应力集中处的集中应力，可大大延长阀门的疲劳使用寿命，对于阀门的结构设计分析具有重大指导意义。

在传统的焊接工艺中，对阀盖与阀体采取直接端焊的工艺操作，由于焊缝不能将阀盖与阀体需要连接的部分完全焊透，所以在焊缝根部后方还留有一定长度的缝隙，从而造成了阀盖与阀体连接部分的截面形状发生突变，引起类似于尖锐缺口的力学效应，如附图6所示。。在阀门的使用过程中，焊缝跟部缺口的存在，使得焊缝区出现了应力集中、应变集中和三向应力状态的力学效应，从而导致脆化。这种脆化大大降低了焊缝的屈服强度和抗拉强度，使端焊焊缝根部十分容易萌生裂纹、产生疲劳损伤甚至直接发生断裂失效。

发明内容

基于以上不足之处，本发明提供一种基于阀门应力分散的焊接方法，目的在于解决阀门结构在服役期间因阀盖与阀体焊接后焊缝处存在的应力集中效应而导致的失效问题。

本发明的目的是这样实现的：一种基于阀门应力分散的焊接方法，在阀盖与阀体的常规焊接工艺的基础上通过机械加工方法在阀盖与阀体连接部分的相应位置各加工一个半球形开口，进而形成一个对应的球形开口，该开口大小以及位置需根据阀门的型号、使用情况和应用场合具体实际情况进行调整，然后采用脉冲TIG焊对阀盖与阀体进行焊接连接，使得焊缝根部的缺口尖锐程度降到最低。

本发明还具有如下特征：

1、要求球形开口的距离阀盖或阀体外表面的距离为1.5～3mm，焊缝根部超过球形开口的距离为0.1～0.2mm。