焊接殘余應力消除方法
新聞來源：www.tjhbrc.com 發布時間：2020-12-13 16:40 瀏覽量：
殘余應力
壓力容器焊接后,結構焊縫區會產生殘余應力。它是由于焊接時不均勻加熱的溫度場所造成的內應力達到材料屈服極限,使局部區域產生塑性變形,當溫度回到原始的均勻狀態以后,內應力仍然殘留在結構中造成的,故稱殘余應力。
焊接殘余應力的峰值大小、分布狀態直接對容器的疲勞破壞和應力腐蝕開裂等產生不良影響。研究證明,容器一經焊接,殘余應力就不可避免地同時伴生,它的產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,保證質量、經濟合理;在役時,安全運行、杜絕事故。
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呈彈性狀態,應力與應變成直線關系;當合成應力達到材料屈服極限時,局部區域便產生塑性變形,隨著外加應力值的增加,合成應力達到屈服極限的范圍增大,產生塑性變形的范圍也應相應增大,但應力值沒有增加(或增加不多)。
由于容器本身是連續的,在外載荷卸除過程中,屈服變形區域與彈性變形區域同時以彈性狀態回復,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生的應力值。
整體熱處理法
將焊接好的整個容器按一定的加熱速度加熱到500℃~Ac1的溫度,并保溫一段時間,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行熱處理。可以在容器外壁覆蓋保溫層,而在容器內部噴射燃料燃燒形成高溫進行加熱的內燃法,也可以采用電熱法對容器進行整體的熱處理。
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性能,處理對象往往只限于較簡單的焊接接頭。
溫差拉伸法
針對焊縫區殘余應力的分布狀態,利用溫差熱效應形成一個反向應力場,從而消除殘余應力的一種方法。此法消除效果的關鍵在于溫差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。
只要加溫區和Δt選擇適當,不致引起塑性變形而損失塑性儲備,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值。
錘擊法
焊縫金屬在迅速均勻的錘擊下產生橫向塑性伸展,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生一定量的壓應力,從而使焊接接頭提高了與拉應力有關的破壞抗力,對此,熱處理是無能為力的。爆炸法對于在役的壓力容器開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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