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螺紋連接的第一個(gè)螺紋接頭屬于壓力容器的范圍，有關(guān)重大事故也常見(jiàn)報(bào)道。某廠第三套聚乙烯裝置由于高壓氣體的法蘭螺栓材料質(zhì)量不好，造成大量乙烯氣體泄漏引起爆炸停產(chǎn)事故，某所一臺(tái)內(nèi)徑為130mm、工作壓力150MPa的等靜壓超高壓容器，工作不到40個(gè)循環(huán)，就在其頂部首牙處應(yīng)力集中嚴(yán)重部位橫斷破壞。
高壓聚乙烯裝置脈沖閥主體結(jié)構(gòu)如圖所示，進(jìn)口螺栓跨中均布，出口螺栓對(duì)中均布。文獻(xiàn)報(bào)道，閥體進(jìn)出口法蘭盤(pán)的緊固螺栓各8支，按圖紙要求，每支螺栓螺母緊固扭矩應(yīng)控制在604.77(m·kg)。約1年多后對(duì)該閥進(jìn)行解體檢查和裝配，進(jìn)行了318MPa壓力試驗(yàn)，合格后重新投入使用，當(dāng)壓力升至250MPa時(shí)，發(fā)現(xiàn)脈沖閥聲音異常，降壓后解體檢查發(fā)現(xiàn)脈沖閥進(jìn)口法蘭螺栓斷裂。螺栓的斷裂和一支螺栓的裂紋均發(fā)生在相同部位，即與法蘭盤(pán)端面相對(duì)應(yīng)部位，斷裂表面基本與螺栓軸向垂直，斷口附近金屬未發(fā)生明顯塑性變形。本研究進(jìn)一步對(duì)該閥的螺紋連接進(jìn)行強(qiáng)度分析及前人分析中存在的問(wèn)題作全面分析。
超高壓脈沖閥承受周期性載荷，隨著脈沖的開(kāi)關(guān)，閥的入口壓力實(shí)現(xiàn)降壓和升壓。壓降大約在40MPa。一般脈沖周期設(shè)定為28，脈沖深度設(shè)定為1.5-2.0s。在循環(huán)運(yùn)行過(guò)程中，閥的出口伴隨著一個(gè)“反焦耳-湯姆遜”現(xiàn)象，閥的出口溫度會(huì)上升到2900℃左右。基本技術(shù)參數(shù)如下：設(shè)計(jì)壓力290MPa，設(shè)計(jì)溫度3430℃，密封實(shí)驗(yàn)壓力290MPa，閥體實(shí)驗(yàn)壓力345MPa，正常工作壓力228MPa，工作溫度2460℃。
文獻(xiàn)認(rèn)為，斷裂螺栓材料的化學(xué)成分符合美國(guó)AISI4340H標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，螺栓顯微組織均屬正常4340H高強(qiáng)度鋼調(diào)質(zhì)處理的典型組織，即回火索氏體。螺栓材料化學(xué)成分、金相組織、力學(xué)性能均正常，斷裂屬于交變應(yīng)力作用下發(fā)生的疲勞斷裂，原因是高壓應(yīng)力脈動(dòng)、螺栓周?chē)臍怏w中含有氯離子、螺栓不均勻受力，建議螺栓采用高強(qiáng)度不銹鋼制作。兩組斷裂螺栓的實(shí)際屈服強(qiáng)度見(jiàn)表2Cz70表中的換算強(qiáng)度是作者根據(jù)硬度平均值對(duì)照GB/T1172-1999《黑色金屬硬度及強(qiáng)度換算值》插值計(jì)算而得，高出直接檢測(cè)平均值，說(shuō)明檢測(cè)結(jié)果可靠。分析表可知，室溫下兩組螺栓的實(shí)際屈服強(qiáng)度及沖擊韌性與AISI4340H的典型數(shù)據(jù)非常接近，可以初步推斷工作溫度或設(shè)計(jì)溫度下兩組螺栓的實(shí)際屈服強(qiáng)度也與AISI4340H的典型數(shù)據(jù)接近。
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