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南京聚航科技有限公司
主營產(chǎn)品： 振動時效設(shè)備，殘余應(yīng)力檢測儀，應(yīng)力應(yīng)變測量，殘余應(yīng)力消除設(shè)備 |
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主營產(chǎn)品： 振動時效設(shè)備，殘余應(yīng)力檢測儀，應(yīng)力應(yīng)變測量，殘余應(yīng)力消除設(shè)備 |
2021-10-15 閱讀(637)
鋼制壓力容器等焊接承壓構(gòu)件在沒有進行消除應(yīng)力前普遍存在著焊接殘余應(yīng)力。研究表明，壓力容器等焊接結(jié)構(gòu)的環(huán)焊縫、縱焊縫、人孔加強圈焊縫，接管環(huán)焊縫區(qū)以及焊接接頭熱影響區(qū)的焊接殘余應(yīng)力較為嚴(yán)重。本文對鋼制壓力容器縱焊縫和環(huán)焊縫的殘余應(yīng)力進行測試，采用鉆孔法檢測殘余應(yīng)力，分析焊接殘余應(yīng)力的分布規(guī)律及相關(guān)影響因素。
對焊接殘余應(yīng)力進行測試
分汽缸尺寸Φ426*1250，設(shè)計壓力為1.6MPa，材質(zhì)Q235-B，標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，制造校圓時有錘擊現(xiàn)象，A、B類焊縫均開單V形坡口，手工電弧焊，水平位置多層焊接，縱縫背面封底，焊材E4303。
環(huán)焊縫、縱焊縫殘余應(yīng)力測試分布情況，σx和σy兩向焊接殘余應(yīng)力以焊縫中心基本對稱，殘余應(yīng)力的峰值縱焊縫170N/mm2；環(huán)焊縫185N/mm2，分別為屈服強度σx的72%和78.8%。且環(huán)焊縫的焊縫殘余應(yīng)力分布對稱性較好，與試板結(jié)果相比規(guī)律基本相同。縱焊縫的焊接殘余應(yīng)力分布對稱性相差，可能與卷筒錯邊、錘擊及約束有關(guān)。沿著焊縫長度上焊縫中心的應(yīng)力均為拉應(yīng)力，離開焊縫兩側(cè)30-40mm為壓應(yīng)力，*大壓應(yīng)力達(dá)到80.5N/mm2，由于粘貼應(yīng)變時對焊縫進行了打磨，因此釋放一部分殘余應(yīng)力，且不是把所有焊縫余高打磨干凈，則有的測點可能受到影響。
承壓洗滌塔焊縫殘余應(yīng)力測試
承壓洗滌塔直徑Φ1800，設(shè)備材質(zhì)為16MnR，雙面手工電弧焊，水平位置，焊條型號為E5015或E5016。根據(jù)GB150-89鋼制壓力容器進行制造、檢驗和驗收。焊前不預(yù)熱，焊后不進行消除應(yīng)力處理。
設(shè)備縱焊縫殘余應(yīng)力測試結(jié)果，縱焊縫殘余拉應(yīng)力峰值238N/mm2為16MnR材料的σs的76.4%；設(shè)備環(huán)焊縫與縱焊縫丁字焊縫接頭處的殘余應(yīng)力測試結(jié)果可知，顯示在丁字縫區(qū)域，焊接殘余拉應(yīng)力的*大峰值超過360N/mm2，超過母材屈服極限，并在丁字焊縫的一側(cè)呈現(xiàn)出焊接殘余應(yīng)力分布的無規(guī)律性，*大壓應(yīng)力達(dá)到115N/mm2，與焊縫垂直及平等的兩向應(yīng)力無對稱性，有資料表明，應(yīng)力峰值超過母材屈服極限的原因可能是制造過程中加工硬化所致。
測試標(biāo)定的誤差
A. 測試殘余應(yīng)變時的標(biāo)定是單向拉伸試板上進行的，現(xiàn)在人們在計算平面應(yīng)力狀態(tài)的焊接殘余應(yīng)力時，應(yīng)變-應(yīng)力的換算也是通過上述標(biāo)定結(jié)果，與工程實際存在差異。
B. 在對壓力容器進行焊接殘余應(yīng)力測定時，使用雙向應(yīng)變花是在假定殘余應(yīng)力的方向雖與焊縫平等或垂直，但是從三向應(yīng)變花測出的結(jié)果來看，殘余應(yīng)力的方向并不是僅沿這兩個方向中，而呈現(xiàn)出不規(guī)則性，主方向與焊縫方向的夾角*大可達(dá)26°，說明焊縫中即便出現(xiàn)裂紋也不會僅沿焊縫方向或垂直于焊縫方向發(fā)生和擴展，可能的裂紋會垂直于所在區(qū)域的主應(yīng)力方向并隨方向擴展。
C. 在實際焊接結(jié)構(gòu)中，由于剛性約束的結(jié)果，使測試的部分結(jié)果呈現(xiàn)不規(guī)則性；鉆孔時產(chǎn)生的熱而顯示的應(yīng)變無法*恢復(fù)，也影響了焊接殘余應(yīng)變的測試。
殘余應(yīng)力分布特點
從測試結(jié)果來看，焊接殘余應(yīng)力的分布在焊縫處明顯大于母材；平行于焊縫的殘余應(yīng)力大于垂直焊縫的殘余應(yīng)力；在有丁字焊縫的一側(cè)，殘余應(yīng)力疊加。
通常情況下，焊縫及其附近區(qū)域的殘余應(yīng)力為拉應(yīng)力，遠(yuǎn)離焊縫區(qū)域為壓應(yīng)力。焊接殘余應(yīng)力在范圍與構(gòu)件或設(shè)備的整體尺寸屬于同一數(shù)量級，拉壓自相平衡。
結(jié)論
通過對焊接殘余應(yīng)力的測試和分析可知，焊接殘余應(yīng)力的分布規(guī)律主要取決于焊接線能量、焊接接頭形式、焊接母材厚度，構(gòu)件結(jié)構(gòu)形狀及焊接約束情況。進一步探討焊接殘余應(yīng)力的大小及分布規(guī)律的因素，測試大量不同焊接和約束狀況的構(gòu)件后，需要分析結(jié)論。
