介绍

在与 Shell  签订的合同中，Welding Units 负责为该公司的 L09 项目提供管道法兰，其中包括特殊的 16" 2500lb 焊接颈和旋转环法兰。在此之前，Welding Units 曾为其他 Shell 项目设计并供应同类法兰。由于对于该尺寸没有标准 ASME B16.5 设计可用，因此在当时使用的是 API 型 BX 垫圈和凹槽。

之前提供的所有法兰均获得良好的使用效果，但是 Shell 建议在未来供应类似法兰时应采用 R 型垫圈和凹槽，因此需要对垫圈行为进行详细研究。

研究

Welding Units 开发了使用来自 16" 1500lb 法兰的 R67 垫圈及凹槽的初始设计，但是我们认识到这只是一个初步设计，仍需要确认垫圈及凹槽能够承受 2500lb 级法兰所带来的额外受力。我们使用有限元分析 (FEA) 来研究垫圈和凹槽在受到所需负载时的行为，但是由于找不到类似的分析及结果记录，因此所获得的结果难以解释，且无法从中得出结论。Shell 对此表示理解并同意我们对焊接颈及旋转环法兰进行完整测试，以获得真实数据并从中得出有关 R67 垫圈和凹槽是否适用的结论。

测试过程在预定阶段对接头实施螺栓预张紧，同时利用应变仪及其他测量设备进行监测。此外，还在测试前和测试后利用坐标仪记录施加负载期间发生的永久变形，对所有部件进行准确测量。

在法兰和垫圈材料上执行的其他破坏性测试，为拉伸和压缩确定了准确的压力-应变曲线，以用于有限元分析。此外，还执行了 CTOD 测试，以提供测试样品在断裂点所受到的最大应变数据。

虽然工作仍在进行中，但初步结论令人鼓舞，正在使用的 R67 垫圈/凹槽可能仍然可用。实际测试显示出预期的材料行为：由于高压缩负载软铁垫圈显示出明显变形，但没有直观的断裂痕迹或过度变形；凹槽（普通 F65 无涂覆）没有显示出可能会损坏未来组件的永久变形。有限元分析与测试所取得的实际结果完全吻合，因此适用情况从螺栓固定推广到实际操作/水下测试条件。

有关适用性的最终结论取决于对垫圈材料的 CTOD 测试结果的解释 — 确定垫圈在生命周期内预期的最大应变水平是否远低于 CTOD 测试样品在断裂点上的应变。这将提供足够的安全边际，并促成最终批准。

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