王松 于明琦

摘要：壓力容器在焊接之后，會(huì)在焊縫處產(chǎn)生一定的殘余應(yīng)力，對(duì)容器的質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生一定的影響，而且，根據(jù)容器焊接的具體情況的不同，焊接殘余應(yīng)力的大小也會(huì)有所差別，為了降低殘余應(yīng)力對(duì)焊接容器造成的質(zhì)量影響，需要采取有效的方法消除容器焊接中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。

關(guān)鍵詞：壓力容器;焊接;殘余應(yīng)力;消除

前言

對(duì)壓力容器焊接殘余應(yīng)力的消除方法主要有輻射加熱法、錘擊法、超載法等，作者結(jié)合自身多年經(jīng)驗(yàn)，主要從這幾方面消除焊接殘余應(yīng)力的方法進(jìn)行分析。

1.焊接殘余應(yīng)力的概述

所謂焊接殘余應(yīng)力，就是在焊接的過程中，由于加熱溫度場(chǎng)不均勻，使得內(nèi)應(yīng)力達(dá)到材料的屈服極限，造成材料的局部產(chǎn)生變形的現(xiàn)象，在溫度降低到原始均勻狀態(tài)后，殘留在材料結(jié)構(gòu)中的內(nèi)應(yīng)力就是焊接的殘余應(yīng)力[1]。焊接殘余應(yīng)力的分布狀態(tài)以及峰值大小對(duì)容器的應(yīng)力腐蝕開裂以及疲勞破壞有著直接的影響，而且，容器在焊接的過程中殘余應(yīng)力是不可避免的，殘余應(yīng)力與容器的焊接工藝、外形尺寸、焊接程序等有著直接的關(guān)系，要避免或降低焊接殘余應(yīng)力對(duì)容器的影響，必須要了解殘余應(yīng)力的原理，才能有效的消除焊接容器的殘余應(yīng)力。

2.壓力容器中焊接殘余應(yīng)力的消除策略

2.1 輻射加熱消除殘余應(yīng)力

輻射加熱消除殘余應(yīng)力的策略，主要是由熱源把熱量輻射至容器的金屬表面，然后再由金屬表面將熱量傳導(dǎo)至其他的方向，經(jīng)常用到的輻射加熱方式如電阻爐加熱法、火焰加熱法、紅外線加熱法等，實(shí)踐效果非常顯著。壓力容器中焊接的殘余應(yīng)力主要是因?yàn)楹附犹幣c整體結(jié)構(gòu)之間的溫差引起的，而要降低或消除焊接的殘余應(yīng)力，主要就是對(duì)焊接處以及容器整體結(jié)構(gòu)之間的溫差進(jìn)行控制，而輻射加熱的方式，可以將熱量傳道給容器，根據(jù)實(shí)際的焊接情況，對(duì)溫差進(jìn)行有效的控制，可以有效的實(shí)現(xiàn)消除壓力容器殘余應(yīng)力的效果。

2.2 錘擊法消除殘余應(yīng)力

捶擊法主要是通過工具對(duì)容器的焊接縫隙金屬進(jìn)行迅速而均勻的錘擊，在錘擊之下會(huì)產(chǎn)生橫向塑性伸展，這樣能夠使容器的焊縫收縮得到補(bǔ)償，當(dāng)然，具體的補(bǔ)償程度與實(shí)際的情況有著直接的聯(lián)系，這種操作主要是為了能夠讓焊接部分的殘余應(yīng)力彈力在拉伸的情況下變的松弛，從而達(dá)到消除部分焊接殘余應(yīng)力的目的[3]。例如，某工程對(duì)200m3球罐接管凸緣，在對(duì)這個(gè)球罐進(jìn)行焊接的過程中出現(xiàn)貫穿裂縫的現(xiàn)象，這是不允許應(yīng)用到工程中的，為此需要對(duì)其進(jìn)行返修加強(qiáng)預(yù)熱處理，然后再從內(nèi)外側(cè)同步的對(duì)裂縫處進(jìn)行焊接，與此同時(shí)，還配有輔助的錘擊工具對(duì)其進(jìn)行分層錘擊，通過降低焊接殘余應(yīng)力的峰值之后，才可對(duì)該容器的裂縫處完成焊接工作，并且，在后期的檢查中未發(fā)現(xiàn)存在任何容器裂縫。從這里例子中不難看出，捶擊法雖然是一種消除焊接殘余應(yīng)力的輔助方法，但是，該方法的應(yīng)用效果十分顯著，而且，操作方法也比較簡單，只需要適度的對(duì)焊接區(qū)域進(jìn)行分層錘擊即可起到降低焊接殘余應(yīng)力的效果。

2.3 超載法消除殘余應(yīng)力

超載法是對(duì)焊接的容器施加一次或多次的外載荷，施加的外載荷要比正常的工作狀態(tài)稍大一些，施加的外載荷產(chǎn)生的應(yīng)力與焊接容器的殘余應(yīng)力疊加，如果合成的應(yīng)力達(dá)到焊接材料的屈服極限時(shí)，那么焊接材料的局部區(qū)域就會(huì)產(chǎn)生塑性變形，而且，在外加應(yīng)力不斷增加的同時(shí)，合成應(yīng)力達(dá)到的材料屈服基線范圍也會(huì)隨之增大，相應(yīng)的材料產(chǎn)生塑性變形的范圍也會(huì)逐漸增大，而這時(shí)的應(yīng)力值是沒有增加的，再加上焊接容器本身就具有連續(xù)性的特征，當(dāng)外載荷移除之后，屈服變形的區(qū)域以及材料彈性變形區(qū)域也會(huì)在彈性的影響下回復(fù)，在這個(gè)過程中能夠有效的消除焊接容器的一部分殘余應(yīng)力[4]。在采用超載法的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，超載法不僅能夠消除容器焊接的殘余應(yīng)力，同時(shí)相比與其他方法來說操作比較簡單，而且消除殘余應(yīng)力的效果十分顯著，造價(jià)也比較低，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，超載法也是當(dāng)今壓力容器中焊接殘余應(yīng)力消除的主要方法。

2.4 設(shè)計(jì)措施消除殘余應(yīng)力

對(duì)于壓力容器中焊接殘余應(yīng)力的消除策略，還可以在容器焊接設(shè)計(jì)的過程中采取相應(yīng)的措施。①減少焊縫的數(shù)量，容器的焊接殘余應(yīng)力主要來源于焊接，尤其是焊縫數(shù)量過多的情況下，相應(yīng)的焊接殘余應(yīng)力也會(huì)隨之增加，因此，要盡量減少焊縫數(shù)量，這樣可以有效的降低容器的焊接殘余應(yīng)力;②和合理布置容器的焊接縫，并盡量采用剛性較小的接頭，這樣可以在焊接的過程中，能夠降低焊接的殘余應(yīng)力，避免殘余應(yīng)力對(duì)焊接容器的影響。

2.5 工藝措施消除殘余應(yīng)力

除以上幾種消除壓力容器焊接殘余應(yīng)力的方式之外，還可以從工藝入手減小焊接殘余應(yīng)力，盡量將焊接殘余應(yīng)力控制到最低，這樣避免殘余應(yīng)力對(duì)容器的影響。①要在壓力容器焊接順序以及焊接方向上進(jìn)行控制，例如，要先對(duì)收縮量較大的焊接縫進(jìn)行焊接、對(duì)受力較大的位置先對(duì)其進(jìn)行焊接、對(duì)平面上存在交叉的位置進(jìn)行先焊接等。②利用加熱的方式消除壓力容器焊接的殘余應(yīng)力，可以根據(jù)實(shí)際的情況對(duì)容器進(jìn)行局部加熱或整體加熱，主要是控制焊接處與整體結(jié)構(gòu)之間的溫差，這樣可以有效的減少壓力容器的焊接殘余應(yīng)力。③可以利用冷焊法降低焊接的殘余應(yīng)力，主要原理也是對(duì)焊接處與整體結(jié)構(gòu)之間的溫差進(jìn)行控制，盡量將其控制在最低。

3.總結(jié)

壓力容器中焊接殘余應(yīng)力的消除具有多種方法，如本文提到的輻射加熱法、錘擊法、超載法等，每種方法在消除焊接殘余應(yīng)力的過程中都有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，具體采用哪種方法要根據(jù)壓力容器焊接的實(shí)際情況以及用途來選擇，通過本文對(duì)壓力容器中焊接殘余應(yīng)力消除策略的分析，焊接殘余應(yīng)力與容器的焊接工藝、外形尺寸、焊接程序等有著直接的關(guān)聯(lián)，因此，在選擇消除焊接殘余應(yīng)力的過程中，要對(duì)其他因素進(jìn)行詳細(xì)的分析，這樣才能保證選取的焊接殘余應(yīng)力消除法的經(jīng)濟(jì)性、效益性。

參考文獻(xiàn)：

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[2]陳登豐.爆炸處理法消除焊接殘余應(yīng)力[J].壓力容器，2012（01）

[3]羅利偉，付小超.焊接殘余應(yīng)力的產(chǎn)生及其消除方法[J].山西建筑，2008（20）

[4]劉國偉，尚世顯，黃文龍.焊接后熱與焊后熱處理溫度對(duì)焊接殘余應(yīng)力松弛的試驗(yàn)研究[J]. 壓力容器，2013（05）