（注：接上一篇《全焊接閥體管線球閥焊接接頭安全評估（影響閥體焊縫安全性的因素）》）

三、CTOD（CrackTipopeningDisplacement）試驗

如前所述，全焊接閥體管線球閥閥體焊接接頭是閥門壓力邊界完整的最大隱患，然而評價焊接接頭韌性的傳統試驗方法夏比（Charpy）沖擊試驗實際上是個衡量焊接接頭抗沖擊能力的指標，它不能全面反映焊接接頭的真實韌性，也不能解釋焊接接頭的失效機制，更不能反映焊接殘留應力、焊接接頭幾何尺寸約束等因素對韌性的影響。因此，用夏比沖擊韌度值來評價焊接接頭的韌性，有明顯的局限性。

隨著英國焊接研究所在1997年提出的BS7448Part2，《斷裂韌度試驗·第2部分：金屬材料焊接的K_IC值、臨界CTOD值和臨界J值的測定方法》，針對焊接接頭中各區域性能不均勻性和存在殘留應力等特征，對BS7448Part1進行了補充規定，這是目前國際上被工程界認可的測定焊接接頭CTOD斷裂韌度值的試驗標準。例如API1104附錄A，DNV-OS-401，BS7910都是根據BS7448Part2斷裂韌度CTOD值的測試規范來評定焊接結構的完整性。

1.試驗方法

圖2CTOO測試試驗

在此根據BS7448Part2試驗標準，并參照API1104及DNV-OS-401相關規范要求，以CTOD斷裂韌度值來評價全焊接閥體焊接接頭免焊后熱處理的安全性。如圖2所示根據BS7448Part2，試樣取厚度B=18，寬度W=36，長度L=4×36＋20，裂紋長度a≈(0.04~0.55)W。用疲勞試驗機預制裂紋．在美國500KN級MTS試驗機上采用原裝配套的CTOD試驗硬件系統和控制程序進行試驗，采用6位（0.00001mm）高精度數字讀數顯微鏡測定裂紋的擴展量。按標準確認的最佳方法——多試樣法求得臨界開裂的缺口張開位移量δ_c（或δ0.05）。

2.試驗結果

CTOD試驗系統及完成加載試驗后得焊縫CTOD試樣。試驗中出現pop-in（并進/突進）的HAZ試樣，試驗所獲得的焊縫區有效試樣8個，HAZ有效試樣8個，達到CTOD多試樣法的要求。

其中HAZ的起裂點CTOD值占δ_c直接測量獲得，臨界CTOD值δ=0.05用多試樣CTOD試驗回歸線與裂紋擴展量0.05mm垂直線的交點確定，突進點的CTOD值石δ_m由試驗直接測覺獲得。焊縫的起裂點CTOD值δ_c和臨界CTOD值δ=0.05用多試樣CTOD試驗回歸線與裂紋擴展量0.00mm及0.05mm垂直線的交點確定，突進點的CTOD值δ_m由試驗直接測量獲得。焊縫與HAZ的CTOD計算結果見《表1》。

3.安全評價

參照DNV-OS-C401（挪威船級社）標準，CTOD值大于0.15mm為合格。開發工藝接頭的實測δ_c皆大于0.15mm，表明接頭可以在不進行熱時效處理的情況下使用。

圖3不同CTOD值的允許缺陷尺寸與最大許用應變的關系

參照API1104《管道與相關設施的焊接》標準附錄A，其給出TCTOD值分別為0.005in（0.1225mm）和0.01in（0.245mm）時允許缺陷尺寸與許用應變的關系圖，如圖3所示。從圖中可知，CTOD值越大，焊縫斷裂韌度越好，所允許缺陷尺寸可增大。根據全焊接閥體焊接接頭最小CTOD值等于0.197mm（0.0078in）時最大許用軸向應變與允許缺陷尺寸之間的曲線。

20in600Lb全焊接閥體球閥按額定工作壓強的1.5倍計算，最大主應力為15MPa，通過有限元計算可得最大軸向應變為728με（即0.000728ε），如按API1104附錄A所給出的最小可接受CTOD=0.005in（0.1225mm）考慮，最大缺陷尺寸限為0.3in，相當于7.6mm。實測CTOD=0.008in（0.196mm）其對應的缺陷允許尺寸為0.45in（11.4mm），按JB4730-941級壓力容器要求執行，允許缺陷尺寸為低于0.15in（3.765mm），因此實際接頭仍具有相當高的安全裕度。

全焊接閥體焊縫無損探傷按JB4730-1994的1級壓力容器要求執行，其要求焊縫缺陷尺寸小于0.15in（3.675mm）。因此，當全焊接閥體焊接接頭滿足CTOD斷裂韌度值大于0.005in（0.1225mm），焊縫無損探傷滿足JB4730-94的1級壓力容器要求，即可認定免焊后熱處理工藝是安全可靠的。

四、結論

1）焊接接頭根部結構上裝配隙縫存在應力集中，進行CTOD試驗，考察接頭的斷裂韌度是必要的。

2）試驗結果表明焊縫，熱影響區的最小CTOD值為0.196mm，大于API1104附錄A0.125mm和DNV-OS-C4010.15mm的要求，焊縫本身經無損探傷滿足JB4730-94的1級壓力容器要求，因此可以認定焊接接頭具有足夠的斷裂韌度值，作為免焊后熱處理的依據是充分的。

（全文完）