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液氨贮罐热处理后焊接残余应力测试

分类:残余应力检测    关键词:焊接残余应力测试

某生产液氨贮罐厂家采用热处理工艺消除残余应力,现在想要了解热处理工艺效果。他们找到聚航科技,希望我们能够为其提供方案。经过双方讨论研究后,决定采用盲孔法分别对未经热处理的液氨贮罐和经整体焊后热处理后的液氨贮罐进行焊接残余应力测试,分析其残余应力大小和分布状况。

液氨贮罐简况

罐体材料为16MnR,采用手工电弧焊和埋弧自动焊焊接而成,有8条环焊缝和4条纵焊缝。内壁先由手工电弧焊焊接4层,焊条为T507。然后外壁进行碳弧气刨清根,最后,外壁以埋弧自动焊盖面。焊缝经超声探伤后,对不合格处进行返修补焊。其中一台未经热处理,焊后露天放置6个月自然时效;另一台焊后经整体消除应力热处理,由于罐体较长,分两段进炉热处理,其热处理工艺过程为:升温24小时,到350℃,保温3小时,再升温到600℃,保温6小时,然后随炉冷却到250℃,出炉空冷,第二段罐体热处理工艺过程同第一段。

焊接残余应力测试方法与布片方案

本次主要采用的是盲孔法测量残余应力,测试时,先在被测部位贴上电阻应变花,然后按有关要求在应变花处打出规定的小孔,释放焊接残余应力以及相应产生的应变,再由应变仪将释放的应变量进行测试和记录。根据释放应变量即可算出残余应力值,所用仪器设备为聚航科技生产的JHYC静态应变仪,JHZK专用钻孔装置以及箔式应变花。测点均布在罐体外表面,位置力图在可能产生高的残余应力处。主要布片位置为:

1. 筒体、封头连接环焊缝与封头拼板焊缝相交处,该处是丁字焊缝,残余应力相对而言比较高。经焊后整体热处理的贮罐测点至焊缝距离与未经热处理的贮罐完全相同,以便对比。

2. 筒体上最后一道环焊缝,该焊缝组焊时自由度小,残余应力较大。

3. 未经热处理的贮罐液面计接管与筒体连接的封闭焊缝,拘束度大,产生的残余应力也较大。

4. 焊后经整体热处理的贮罐人孔加强圈附近的筒体环焊缝与加强圈封闭焊缝相交处,此处接近鞍座,应力较复杂。

测试结果及分析

由测得残余应力值和残余应力分布曲线可知

1. 罐体上的对接焊缝,在焊缝金属和近缝热影响区内,均具有拉伸焊缝残余应力,且沿焊缝方向的纵向残余应力σx均远大于垂直于焊缝方向的横向残余应力σy。除罐体上最后焊接的环焊缝其最大残余应力位于焊缝金属中心外,其余所测焊缝的最大残余应力均位于焊缝熔合线处。

2. 对于未经热处理的贮罐,其最大残余应力值接近母材的强度极限,表明该贮罐存在的最大残余应力值很高。焊后经整体消除应力热处理的贮罐,其残余应力有了明显的下降,降低幅度为50%-90%,但最大残余应力降低则偏下限,其降低量约为40-50%,最大纵向残余拉应力σx仍接近母材的屈服极限,表面该贮罐的消除应力热处理的效果不佳。

3. 焊缝经返修补焊处、丁字接头处,小直径接管连接焊缝等处,原估计由于约束条件和焊接热作用等因素,其残余应力会更大些,但测试表明,其残余应力大小与一般正常部位焊缝并无明显差别,其分布规律也基本一致。

上述分析显示,即使容器在露天放置半年以上,其焊接残余应力仍接近母材屈服极限。因此,对于具有应力腐蚀倾向介质的容器,应充分注意焊接残余应力问题,并采取相应措施消除或降低应力。本文实测液氨贮罐消除焊接残余应力效果不佳,这可能是由于热处理工艺不当所致,因此要取得理想效果,还应严格控制热处理工艺。


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