Alloy20法兰 合金20号法兰 WP20CB-S法兰 螺纹承插法兰

Alloy20(NS143/N08020)的焊接具有与奥氏体不锈钢相类似的问题，即具有较高的热敏感性，气孔生成率较高，容易产生未融合、未焊透等缺陷。此外，铁镍基合金钢还具有较高的焊接热裂纹倾向、焊接区域产生晶间腐蚀倾向。由于铁镍合金具有较高的镍含量，液态镍流动性差，焊接时易产生未熔合。母材化学成分及力学性能见。

珠光体钢合金元素含量远不及奥氏体钢，熔池中的氧化还原反应会引起合金元素的烧损；焊接熔池边缘，液态金属温度低、流动性差，熔化母材金属在熔池边缘上与填充金属不能实现很好地熔合，使得在靠近珠光体母材的狭窄区域内形成和焊缝金属内成分不同、宽度为0.2～0.6mm的过渡层，离熔合线越近，珠光体钢的稀释作用越强，特别是Cr，Ni，Mo等合金元素的稀释。焊接时考虑采用铬镍含量较高的焊条，改善异种钢熔合区质量，将不存在相变过程，接头各区组织应力小。
熔合区中碳扩散层的形成是由于珠光体钢含碳量较高，合金元素少，而奥氏体钢却相反。在高温加热过程中珠光体钢与奥氏体钢界面发生碳迁移，珠光体钢一侧形成脱碳层，奥氏体钢一侧形成增碳层，造成两侧力学性能相差较大，引起应力集中。为阻碍碳化物的形成，同时可以缩短焊缝高温停留时间，可以采用增加奥氏体焊缝中镍含量的方法。
焊缝中的残余应力是由于珠光体钢和奥氏体钢的线膨胀系数相差较大引起的(珠光体钢与奥氏体钢膨胀系数之比为14：17)，且奥氏体钢的导热能力差，仅为珠光体钢的50%，因此焊后在焊缝和熔合线附近产生较大的焊接残余应力。在交变温度条件下，就可能出现熔合区珠光体钢侧热疲劳裂纹，使接头过早断裂。若优先选用与珠光体钢线膨胀系数相近且塑性较好的镍基材料作为填充金属，这会使得焊接应力集中在焊缝与塑性变形能力强的奥氏体钢一侧，同时应严格控制焊接层间温度，控制冷却速度，避免温度剧烈变化。
焊接工艺
焊接坡口形式
坡口适宜采用冷加工制造。若采用等离子等热切割则应在焊接前去除表面氧化物和熔渣，且Alloy20表面的此类杂质附着性比不锈钢更强，应使用细晶砂带和细晶砂轮进行打磨。镍合金的液态金属流动性(尤其是润湿性)较差，焊接时很容易产生未熔合，熔池熔透深度一般只有低碳钢时的50%左右，奥氏体钢的60%左右。通过加大焊接电流来增加金属流动性，其效果不大，而且还会造成过热的不良影响。为***熔合良好且有一定的熔深，坡口角度及根部圆弧半径均应稍大。焊接坡口形式如图1所示。

如果截面积除以相应的元件宽度，则我们获得代表性的元件厚度。将每个单元厚度乘以8（模型中的螺栓数）会生成实体截面定义中的厚度值。

与位于模型接触面上的螺栓头单元相关联的截面区域用于计算用于定义模型的基于节点的曲面的节点的表面积。再次参见图1.1.1-4，单个螺栓的节点接触面积计算如下：其中通过与接触节点1-9相关联的接触区域并且通过与螺栓头元件C-F相关联的截面区域。将上述区域乘以8（模型中的螺栓数量）可提供接触属性定义中的节点接触区域。

在轴对称分析中处理管法兰中螺栓孔的存在的常用方法是修改在螺栓孔区域的网格中使用的材料特性，并使用与该区域中的较弱材料相对应的不均匀材料特性。

但是对于非平板的结构类型，确定有效材料特性的常用方法是计算弹性模量减损因子，即节圆中的螺栓孔的总面积与环形面积的比值。

没有子结构的三维分析网格，如图1.1.1-3所示，代表管接头的22.5°段，采用二阶实体元件，减缩积分单元C3D20R，用于管道轮毂/法兰和螺栓。垫圈采用C3D20R单元或GK3D18单元建模。接触通过接触表面的相互作用来建模，接触表面通过对接触区域中的单元的特定面进行分组来定义。对于主表面和从表面都可变形的三维接触，使用小滑动接触对配方来指示在接触表面之间发生小的相对滑动。不需要对三维模型中使用的材料属性进行特殊调整。

测试了使用子结构来模拟法兰的四种不同网格。为图1.1.1-3中所示的法兰的整个22.5°段创建了***级子结构，而垫圈和螺栓如前所述啮合。凸缘上与螺栓帽接触的节点形成基于节点的表面，而凸缘上与垫圈接触的节点形成另一个基于节点的表面。这些基于节点的表面将与螺栓盖和垫圈上的主表面形成接触对，这些表面使用表面定义选项定义。子结构上保留的自由度包括这些基于节点的表面中的节点以及法兰的0°和22.5°面上的节点的所有三个自由度。在子结构使用级别***适当的边界条件。

载荷和边界条件

边界条件是对称边界条件。在轴对称模型中， 应用于垫圈的对称平面和螺栓的底部。在三维模型中，被应用于垫圈的对称平面以及螺栓的底部。0°和22.5°平面也是对称平面。在22.5°平面上，通过调用适当的节点变换并将边界条件应用于该对称平面中的局部方向来强制执行对称边界条件。这些转换使用局部坐标系定义实现。在两个对称平面上，除了与CBIQUADMPC相关联的从属节点和接触表面一侧上的节点之外，其他对称边界条件都是***个例外是为了避免过度约束问题，如果在与粗糙摩擦规范相关的拉格朗日乘数约束的相同方向上存在边界条件，则会出现过度约束问题。