注 接上一篇《全焊接阀体管线球阀焊接接头安全评估 影响阀体焊缝安全性的因素 》
三、CTOD CrackTipopeningDisplacement 试验
如前所述，全焊接阀体管线球阀阀体焊接接头是阀门压力边界完整的最大隐患，然而评价焊接接头韧性的传统试验方法夏比 Charpy 冲击试验实际上是个衡量焊接接头抗冲击能力的指标，它不能全面反映焊接接头的真实韧性，也不能解释焊接接头的失效机制，更不能反映焊接残留应力、焊接接头几何尺寸约束等因素对韧性的影响。因此，用夏比冲击韧度值来评价焊接接头的韧性，有明显的局限性。
随着英国焊接研究所在1997年提出的BS7448Part2，《断裂韧度试验第2部分 金属材料焊接的KIC值、临界CTOD值和临界J值的测定方法》，针对焊接接头中各区域性能不均匀性和存在残留应力等特征，对BS7448Part1进行了补充规定，这是目前国际上被工程界认可的测定焊接接头CTOD断裂韧度值的试验标准。例如API1104附录A，DNV OS 401，BS7910都是根据BS7448Part2断裂韧度CTOD值的测试规范来评定焊接结构的完整性。
1.试验方法
图2CTOO测试试验
在此根据BS7448Part2试验标准，并参照API1104及DNV OS 401相关规范要求，以CTOD断裂韧度值来评价全焊接阀体焊接接头免焊后热处理的安全性。如图2所示根据BS7448Part2，试样取厚度B=18，宽度W=36，长度L=436＋20，裂纹长度a 0.04~0.55 W。用疲劳试验机预制裂纹．在美国500KN级MTS试验机上采用原装配套的CTOD试验硬件系统和控制程序进行试验，采用6位 0.00001mm 高精度数字读数显微镜测定裂纹的扩展量。按标准确认的最佳方法多试样法求得临界开裂的缺口张开位移量c 或0.05 。
2.试验结果
CTOD试验系统及完成加载试验后得焊缝CTOD试样。试验中出现pop in 并进突进 的HAZ试样，试验所获得的焊缝区有效试样8个，HAZ有效试样8个，达到CTOD多试样法的要求。
其中HAZ的起裂点CTOD值占c直接测量获得，临界CTOD值=0.05用多试样CTOD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值石m由试验直接测觉获得。焊缝的起裂点CTOD值c和临界CTOD值=0.05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m由试验直接测量获得。焊缝与HAZ的CTOD计算结果见《表1》。
《表1》CTOD测试结果
cmm
cmm
cmm
热影响区
0.197
0.24
0.53
焊缝
0.196
0.23
0.91
3.安全评价
参照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c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。
图3不同CTOD值的允许缺陷尺寸与最大许用应变的关系
参照API1104《管道与相关设施的焊接》标准附录A，其给出TCTOD值分别为0.005in 0.1225mm 和0.01in 0.245mm 时允许缺陷尺寸与许用应变的关系图，如图3所示。从图中可知，CTOD值越大，焊缝断裂韧度越好，所允许缺陷尺寸可增大。根据全焊接阀体焊接接头最小CTOD值等于0.197mm 0.0078in 时最大许用轴向应变与允许缺陷尺寸之间的曲线。
20in600Lb全焊接阀体球阀按额定工作压强的1.5倍计算，最大主应力为15MPa，通过有限元计算可得最大轴向应变为728 即0. ，如按API1104附录A所给出的最小可接受CTOD=0.005in 0.1225mm 考虑，最大缺陷尺寸限为0.3in，相当于7.6mm。实测CTOD=0.008in 0.196mm 其对应的缺陷允许尺寸为0.45in 11.4mm ，按JB4730 941级压力容器要求执行，允许缺陷尺寸为低于0.15in 3.765mm ，因此实际接头仍具有相当高的安全裕度。
全焊接阀体焊缝无损探伤按JB4730 1994的1级压力容器要求执行，其要求焊缝缺陷尺寸小于0.15in 3.675mm 。因此，当全焊接阀体焊接接头满足CTOD断裂韧度值大于0.005in 0.1225mm ，焊缝无损探伤满足JB4730 94的1级压力容器要求，即可认定免焊后热处理工艺是安全可靠的。
四、结论
1 焊接接头根部结构上装配隙缝存在应力集中，进行CTOD试验，考察接头的断裂韧度是必要的。
2 试验结果表明焊缝，热影响区的最小CTOD值为0.196mm，大于API1104附录A0.125mm和DNV OS C4010.15mm的要求，焊缝本身经无损探伤满足JB4730 94的1级压力容器要求，因此可以认定焊接接头具有足够的断裂韧度值，作为免焊后热处理的依据是充分?在线配资 https://www.4008808840.com/
