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螺紋連接的第一個螺紋接頭屬于壓力容器的范圍，有關(guān)重大事故也常見報道。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個循環(huán)，就在其頂部首牙處應(yīng)力集中嚴重部位橫斷破壞。
高壓聚乙烯裝置脈沖閥主體結(jié)構(gòu)如圖所示，進口螺栓跨中均布，出口螺栓對中均布。文獻報道，閥體進出口法蘭盤的緊固螺栓各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年多后對該閥進行解體檢查和裝配，進行了318MPa壓力試驗，合格后重新投入使用，當壓力升至250MPa時，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，即與法蘭盤端面相對應(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。本研究進一步對該閥的螺紋連接進行強度分析及前人分析中存在的問題作全面分析。
超高壓脈沖閥承受周期性載荷，隨著脈沖的開關(guān)，閥的入口壓力實現(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)運行過程中，閥的出口伴隨著一個“反焦耳-湯姆遜”現(xiàn)象，閥的出口溫度會上升到2900℃左右。基本技術(shù)參數(shù)如下：設(shè)計壓力290MPa，設(shè)計溫度3430℃，密封實驗壓力290MPa，閥體實驗壓力345MPa，正常工作壓力228MPa，工作溫度2460℃。
文獻認為，斷裂螺栓材料的化學(xué)成分符合美國AISI4340H標準規(guī)定，螺栓顯微組織均屬正常4340H高強度鋼調(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、螺栓周圍的氣體中含有氯離子、螺栓不均勻受力，建議螺栓采用高強度不銹鋼制作。兩組斷裂螺栓的實際屈服強度見表2Cz70表中的換算強度是作者根據(jù)硬度平均值對照GB/T1172-1999《黑色金屬硬度及強度換算值》插值計算而得，高出直接檢測平均值，說明檢測結(jié)果可靠。分析表可知，室溫下兩組螺栓的實際屈服強度及沖擊韌性與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)計溫度下兩組螺栓的實際屈服強度也與AISI4340H的典型數(shù)據(jù)接近。
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