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殘余應力

壓力容器焊接后,結構焊縫區會(huì )產(chǎn)生殘余應力。它是由于焊接時(shí)不均勻加熱的溫度場(chǎng)所造成的內應力達到材料屈服極限,使局部區域產(chǎn)生塑性變形,當溫度回到原始的均勻狀態(tài)以后,內應力仍然殘留在結構中造成的,故稱(chēng)殘余應力。焊接殘余應力的峰值大小、分布狀態(tài)直接對容器的疲勞破壞和應力腐蝕開(kāi)裂等產(chǎn)生不良影響。研究證明,容器一經(jīng)焊接,殘余應力就不可避免地同時(shí)伴生,它的產(chǎn)生機理雖已被初步認識,但由于壓力容器的外形尺寸、焊接工藝、施焊程序以及拘束大小的不同,殘余應力的水平也大不一樣,并且分布十分復雜,故需要確定合理的消除(或減少)焊接殘余應力的對策,使壓力容器在制造時(shí),保證質(zhì)量、經(jīng)濟合理;在役時(shí),安全運行、杜絕事故。

Xstress3000便攜式殘余應力分析儀現場(chǎng)檢測焊接殘余應力，便攜式殘余應力分析儀輕小、便攜，在實(shí)驗室和戶(hù)外都可使用。精度高，準確性好。

超載法

在可控條件下,對容器施加一次(或多次)比其工作狀態(tài)下稍大的外載荷。該載荷形成的應力與容器局部存在的焊接殘余應力疊加,合成應力低于材料屈服極限時(shí)呈彈性狀態(tài),應力與應變成直線(xiàn)關(guān)系;當合成應力達到材料屈服極限時(shí),局部區域便產(chǎn)生塑性變形,隨著(zhù)外加應力值的增加,合成應力達到屈服極限的范圍增大,產(chǎn)生塑性變形的范圍也應相應增大,但應力值沒(méi)有增加(或增加不多)。由于容器本身是連續的,在外載荷卸除過(guò)程中,屈服變形區域與彈性變形區域同時(shí)以彈性狀態(tài)回復,存在于容器內部的焊接殘余應力被部分消除,被消除的殘余應力的大小等于外加載荷產(chǎn)生的應力值。

整體熱處理法

將焊接好的整個(gè)容器按一定的加熱速度加熱到500℃~Ac1的溫度,并保溫一段時(shí)間,使變形金屬再結晶形成新的等軸晶粒,各種晶體缺陷基本消除,金屬強度降低,韌性提高,使焊接殘余應力得到松弛、釋放而消除。

壓力容器一般結構較大,不可能象其它小型設備或機械零件等那樣放入加熱爐內進(jìn)行熱處理?？梢栽谌萜魍獗诟采w保溫層,而在容器內部噴射燃料燃燒形成高溫進(jìn)行加熱的內燃法,也可以采用電熱法對容器進(jìn)行整體的熱處理。

局部熱處理法

其原理與整體熱處理相同,目前多采用紅外板式加熱器或履帶式電阻加熱器加熱焊縫區,由于是局部加熱,消除殘余應力的效果不如整體熱處理,只能降低內應力的峰值,使應力分布比較平緩,而不能從根本上消除,但局部熱處理可以改善焊接接頭的力學(xué)性能,處理對象往往只限于較簡(jiǎn)單的焊接接頭。

溫差拉伸法

針對焊縫區殘余應力的分布狀態(tài),利用溫差熱效應形成一個(gè)反向應力場(chǎng),從而消除殘余應力的一種方法。此法消除效果的關(guān)鍵在于溫差Δt的選擇,Δt與材料屈服極限σs，模量E以及熱膨脹系數β有關(guān)。

只要加溫區和Δt選擇適當,不致引起塑性變形而損失塑性?xún)?也不影響金屬的金相組織,可以取得較好的消除應力效果,消除效果可達50%~70%,此法在焊縫較規則,厚度又不太大的板殼結構上有一定應用價(jià)值。

錘擊法

焊縫金屬在迅速均勻的錘擊下產(chǎn)生橫向塑性伸展,使焊縫收縮得到一定補償,從而使該部位的拉伸殘余應力的彈性應變得到松弛,焊接殘余應力即可部分消除。

爆炸法

通過(guò)引爆布置在焊縫及其附近的炸藥帶,利用炸藥在焊縫區瞬間爆炸的沖擊波與殘余應力的交互作用,使金屬產(chǎn)生適量的塑性變形,殘余應力因而得到松弛。

爆炸法處理不僅可以有效地消除焊接殘余應力,而且在處理區域內產(chǎn)生一定量的壓應力,從而使焊接接頭提高了與拉應力有關(guān)的破壞抗力,對此,熱處理是無(wú)能為力的。爆炸法對于在役的壓力容器開(kāi)罐檢查中焊縫返修工程消除殘余應力具有獨到之處。

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