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容器焊缝错边残余应力与载荷应力的测定研究第3O卷内蒙古石油化工1容器焊缝错边残余应力与载荷应力的测定研究邬强,李国义,李晶玉(1.内蒙古工业大学化工学院,呼和浩特010062;2.内蒙古自治区锅炉压力容器检验所,呼和浩特010020)摘要:本文对焊接容器错边和不错边的焊接接头进行了电测法的残余应力测试,确定了焊接残余应力的大小及方向,并在加载的条件下,对各焊接接头测点进行了综合应力测试,并给出了受载条件下的应力分布.关键词:压力容器;焊接错边;载荷;残余应力焊接残余应力是压力容器制造过程中各工序残留下来应力的综合表现,是一种复杂的自平衡应力.国内外对焊接残余应力的研究以及残余应力对构件受载的影响表明:焊接残余应力对焊接构件的疲劳强度;脆性断裂;耐应力腐蚀及裂纹扩展均有明显的影响.1测点的选择测试的两个试件用(I)3258的无缝钢管焊接而成,预先控制错边量,使错边焊缝远离约束,以求减少对测试的影响,焊接与检验规范按GB15O一1998进行.使用两个试件是为验证测试数据的重复性.试件尺寸及结构见图1,容器编号及焊缝代号见表1.表1.,I品1鼢靼oI加船图1试件尺寸及结构测点的选择是考虑在测试载荷应力时,应力方向为已知,可等距布置9O.直角应变花,对焊接余应力的测试采用45.应变花,不但测出应变,而且可测出焊接残余应力的方向.残余应力的测点布置在焊缝上,与载荷测试应变片距离相等.每个测点布置的距离间隔为50ram.坐标选定为:沿容器轴线为X方向,沿焊接接头方向为Y方向.布片见图2.牟肇T辱整6一;Dlf|llJax图2布片图2应力测试2.1焊接残余应力的测试测试焊接残余应力的应变花标距为24ram,三轴,每条焊缝布置两片.电阻应变仪用YJ一5型静态电阻应变仪,配用P2OR一5型预调平衡箱.标定材料用20g钢板,标定系数A=3.3410一,B一1.8710.残余应力测钻仪ccy一3型,钻孔边缘距丝栅2ram,孔径2mm,孔深2.5ram.两个试件的残余应力测试值见表2,表3.表21#焊接残余应力2容器焊缝错边残余应力与载荷应力的测定研究第30卷表32#焊接残余应力2.2载荷应力测量载荷应力的试验介质为水.l#和2#两个试件分别在P一3.0MPa和P=2.0MPa加载进行试验,使用仪器同前.各测点的测试值见表4表7.当载荷P一3.0MPa时,1#试件的应力分布见图3,2#试件的应力分布见图4.表4l#P一3MPa表52#P一3MPa表61#P一2MPa表72#P一2MPa一图3P一3MPal#应力分布一-一一一一一一一,;一一一一一一罡鼍一一一一一一图4P一3MPa2#应力分布3测试结果分析通过对试件的测试和对结果的分析可知:焊接残余应力的分布是不均等的,焊缝错边量大的(T.焊缝人为控制的错边量最大.达壁厚的50)区域焊接残余应力也大I焊接残余应力的方向与焊缝轴线均存在一个夹角,角度范围大多在lO.2O.之间.形成主应力方向分散的原因是与约束程度有关,此试件是用钢管焊成,无纵焊缝,约束程度与有纵焊缝的容器相比相对小些.残余应力的值艿大于,且多处于拉应力状态,结合焊接裂纹出现的情况来看,大多数焊接裂纹与焊缝大致平行,主要是作用的结果.加载测试的过程中,测试值中焊接残余应力与载荷应力叠加后的数值不是很大,这可能是残余压应力与载荷应力作用的结果.错边量大的焊缝(如T.)载荷应力数值高应该是错边焊缝引起的附加弯曲应力所致.至于焊接残余应力作用的影响有待进一步探讨.从Tz和T.焊缝测试结果看出:残余应力在载荷应力中体现不甚明显,但焊(下转第9页)第30卷谈尿素工业用材的腐蚀特征9存在严重的冲刷腐蚀.7缝隙腐蚀在缝隙处(例如尿素设备内的螺栓与螺帽之间处,塔板与简体壁之问处.法兰连接面处,设备结构中的滞流区或垢层下等等)的介质由于其滞流或是死区.因腐蚀作用消耗了其中的氧.使缝隙处成为缺氧区,缺氧加速了腐蚀速度.8孔蚀铝(如高压尿素设备的密封垫),不锈钢和钛在尿素甲铵液介质中均会发生孔蚀.孔蚀往往发生在介质滞流或死区之处,因而孔蚀与缝隙腐蚀常常同时发生.孔蚀的原因有的是因为溶液介质中含有硫化物或氯离子.吸附在滞流区的金属钝化膜表面.取代表面吸附的氧,产生可溶性金属化合物.有的是因不锈钢的夹杂物和析出相而引起孔蚀.有的是因焊缝熔池在冷却过程中凝固的气道遭到了腐蚀,出现了许多焊肉针孔形态的孔蚀.9端晶腐蚀尿素甲铵液有较强的端晶腐蚀能力.这种腐蚀发生在不锈钢的端面(例如钢板的边缘,螺栓的螺纹,列管的端面等).端晶腐蚀实际上是晶间腐蚀的一种形式.10氢脆在尿素甲铵液中常采用奥氏体不锈钢.由于氢在奥氏体钢中的溶解度较大,氢溶入钢中所产生的氢脆作用很不明显,因此尿素用钢一般不考虑氢脆问题.ll结论对尿素生产腐蚀机理研究中.普遍认为工艺过程中的中间产物的化学性腐蚀和高温高压下介质的电化学腐蚀是导致腐蚀材料的最主要原因.(参考文献)(1)袁一主编,王文善副主编.化肥工学丛书尿素.北京:化学工业出版社,1997:272(2)J.M.G.Eykenbcom,ContinuousIeakMonitoringInStamicarbonDesignedHighPressereVreaEquipmentwithLooseIiners.1998(3)松本桂,笠松昭宏,筱原考顺.防蚀技术.1985(34):291(4)徐明林等.氮肥工艺设计手册.尿素.北京:化学工业出版社,1988(5)J.Iearschoo1.J.cleven.大氮肥.增刊1987.2:74(6)李延芳,赵友宏.石油化工装置设备腐蚀与防护手册.中国石化出版社.1986:718(7)金丽江.大氮肥.1985.5:338(8)陈留栓,崔纪哲.刘玉先,常祖山,韩文安,韩薇,邹锋.腐蚀科学与防护技术.1998(10):263收稿日期:2004年5月8日(上接第2页)接残余应力确实存在于焊接接头中(见表2,表3).它对容器的脆性断裂.低周疲劳断裂.以及应力腐蚀开裂的影响是明显的.总结上述分析,有必要对焊接残余应力进行控制和消除.在设计与制造压力容器时.严格按规范进行(例如GBI5O一1998钢制压力容器的错边是控制小于等于l/4艿t)l在进行焊接工艺评定时.建议进行残余应力测试.掌握对应焊接规范下的残余应力水平l在有条件的情况下应当进行消除应力处理.参考文献)(1)胡春农.小盲孔测试残余应力.土木工程学报.1982(3).(2)邬强等.焊接残余应力的测试研究.内蒙古石油化工,2002(4).DeterminationandstudyaboutloadstressandirregularremainingstressofcontainerSweldingseam聊Qiang,L,Guo-yi,L,g.(1.TheChemicalEngineeringInstituteofInnerMongoliaPolytechnicuniversity.Huhhot.010062l,2.InnerMongoliaAutonomousRegionboilerpressurecontainerinspectionbureau,Huhhot,010020)Abstract:Thetextisabouttheremainingstresstestoftheregularandirregularweldsincontainerweldingbyelec.tricaItest.Itdefinesthesizeanddirectionoftheweldingremainingstress.Ithascomp