石油、天然氣輸送管道是一條能源供給線，線上的緊急切斷閥為全焊接閥體管線球閥。該閥安裝在野外，遠程操作，維護困難。閥門既承受管道內部壓力，又承受外部載荷，如地基沉降、泥石流、地震、管道溫度應力和地下水的電位腐蝕及應力腐蝕等，工況條件十分惡劣，要求具有30年以上的無維護使用壽命。

全焊接閥體的焊接接頭一般均設計為窄間隙厚壁埋弧焊。如Class600-20in的球閥，焊接壁厚為44mm。Class900-48in球閥，焊接壁厚為140 mm。所以閥體焊接為超大厚度筒狀焊接接頭。厚壁多層焊接過程是金屬材料多次反復加熱和冷卻的過程，導致焊接接頭組織的不均勻性和劣質化，產(chǎn)生高的殘余應力，甚至產(chǎn)生焊接缺陷。焊接是閥體組裝后的最后一道工序，體腔內有非金屬密封材料橡膠和四氟塑料，不能進行焊后熱處理。另外，在閥體焊接接頭設計中，為對準和定位，在焊縫根部存在一條環(huán)形的裝配縫隙，這一縫隙在內部壓力和外部載荷作用下，將產(chǎn)生幾倍于正常工作應力的應力集中，難于處理。因此，閥體焊接接頭的根部縫隙的應力集中、殘余應力、組織劣質化成為閥體結構中的薄弱環(huán)節(jié)，成為產(chǎn)品結構邊界完整性的一個隱患。

通過對大量的金屬材料焊接結構失效事故進行分析，其結果表明，大部分焊接接頭失效是金屬材料韌性不足造成的。接頭中金屬材料在焊接過程中快速熔融又快速凝固，受到周邊金屬約束力的作用產(chǎn)生較大的殘余應力，而金屬材料又多次反復經(jīng)歷熔融-凝固的相變過程，形成粗大的柱狀晶粒，并產(chǎn)生析出、夾雜、氣孔和微裂紋等缺陷，使材料的韌性明顯降低。由于事故的復雜性，預言某一結構因某種原因失效是困難的。但從統(tǒng)計學角度分析，大部分焊接結構的破壞是由于材料的韌性不足，由微小的缺陷引發(fā)疲勞裂紋，并不斷擴展造成的。

由于焊后金屬材料的不均勻性、劣質化和缺陷，材料學中的3個基本假設，連續(xù)性假設、均勻性假設和各向同性假設已不能滿足要求，這就需要應用斷裂力學的理論。斷裂力學的任務就是從構件中存在宏觀的微裂紋的事實出發(fā)，用線彈性斷裂力學和彈塑性斷裂力學的分析方法解決構件的裂紋問題。即把構件中裂紋尺寸、工作應力和材料抵抗裂紋的能力（即裂紋尖端張開位移Crack Tip Opening Displacement-CTOD斷裂韌性值）定量地聯(lián)系起來，對含有微裂紋的構件和組織劣質化的接頭，其安全性和壽命進行試驗分析與評估。此方法能準確地評估焊接接頭的韌性。

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