降低現(xiàn)場組焊壓力容器焊接應(yīng)力的方法探究

1、降低現(xiàn)場組焊壓力容器焊接應(yīng)力的方法探究摘要：壓力容器制造屮至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)就是焊接工作，可以說 其對于壓力容器的質(zhì)量有著決定性的、不可替代的作用。在進行焊接時， 我們難免會碰到各種大小不等的焊接應(yīng)力問題。本文從現(xiàn)場組焊壓力容器 焊接應(yīng)力的產(chǎn)生原理入手，結(jié)合應(yīng)力的危害，簡要探討了降低應(yīng)力的方法。關(guān)鍵詞：現(xiàn)場組焊；壓力容器；焊接應(yīng)力；方法中圖分類號：th49文獻標識碼：a一、壓力容器焊接應(yīng)力原理在生產(chǎn)壓力容器時，制造過程最為關(guān)鍵的工序可以說就是現(xiàn)場組對、 焊接和熱處理環(huán)節(jié)，壓力容器焊接就是對于不均勻容器局部進行加熱的過 程，而此過程會帶來金屬材料內(nèi)的不均勻收縮或者膨脹，由此就可能會帶 來3種附加

2、內(nèi)應(yīng)力，即焊接接頭由于受熱和冷卻的快慢不同而產(chǎn)生的熱應(yīng) 力，金相組織變化產(chǎn)生的組織應(yīng)力和山于壓力容器本身的約朿而產(chǎn)生的約 束應(yīng)力，這些內(nèi)應(yīng)力的峰值大小和分布狀態(tài)極其復(fù)雜。在壓力容器焊接后, 結(jié)構(gòu)的焊縫區(qū)也往往會產(chǎn)生殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力是由于焊接過程中不均勻 的加熱場造成容器的內(nèi)應(yīng)力達到材料金屬的屈服極限，以致于局部區(qū)域產(chǎn) 生了塑性變形，當溫度乂回到最初的均勻狀態(tài)后，內(nèi)應(yīng)力仍然存在于容器 結(jié)構(gòu)中造成的。殘余應(yīng)力的水平和分布更是相當?shù)膹?fù)雜，只有掌握了壓力 容器焊接應(yīng)力的產(chǎn)生原理，才能夠迅速有效地制定出減少或消除焊接應(yīng)力 的對策，使壓力容器在生產(chǎn)制造時能夠按質(zhì)完成。二、應(yīng)力帶來的危害因為壓力容器在容量

3、、型號以及參數(shù)等方面都有著較大的不確定性， 這也就讓焊接結(jié)構(gòu)尺寸、焊接工藝、施焊程序等冇復(fù)雜變化，由此也就造 成了焊接應(yīng)力分布和峰值直接對應(yīng)力腐蝕開裂或者壓力容器疲勞破壞等 產(chǎn)生不良影響。山于焊接，會產(chǎn)生復(fù)雜的應(yīng)力變形，它的危害主要體現(xiàn)在: 由于焊接時的溫度變化范圍大，從焊縫的中心到邊緣溫度會急劇下降，導(dǎo) 致溫度變化的梯度特別大；焊接加熱會產(chǎn)生很高的溫度，高溫會導(dǎo)致材料 金屬的力學(xué)性能和熱物理性能下降；由于焊接的溫度變化極大，局部溫度 超過相變溫度會引發(fā)局部相變。如果焊接技術(shù)應(yīng)用不當，這些潛在的危害 就會促使應(yīng)力產(chǎn)生并增大，應(yīng)力過大會迫使壓力容器產(chǎn)生裂痕，會造成受 壓部件的成形尺寸較差，極大地

4、影響了焊接結(jié)構(gòu)的性能，產(chǎn)生了嚴重的破 壞效果。三、現(xiàn)場降低合金鋼壓力容器焊接應(yīng)力方法1、設(shè)計策略在進行壓力容器的焊接時，必然會出現(xiàn)應(yīng)力問題，而這必然存在，但 是，我們可以使用一些有效地設(shè)計來降低焊接應(yīng)力。對于這些設(shè)計而言， 主要方法有：保證結(jié)構(gòu)性能的前提下，盡可能的縮短焊縫的數(shù)量、長度和 截面尺寸，同時焊縫不能過于密集，又要避免交叉；焊接時盡可能地降低 接頭剛度，選擇剛性較小的接頭形式；還可以采用反變形法，用翻邊連接 的方式替代插入管連接的方式，但盡量將平板少量翻邊。2、組對工藝減少焊接應(yīng)力 現(xiàn)場分片到貨的壓力容器由于現(xiàn)場組裝環(huán)境簡單，又沒有校正設(shè)備, 組裝質(zhì)量的好壞對焊接應(yīng)力也會產(chǎn)生影響，主

5、要采取以下措施降低焊接應(yīng) 力：設(shè)備組對時，采用工卡具調(diào)整組對間隙和錯邊量，不得進行強力組裝。開口接管不得與筒體環(huán)焊縫、縱焊縫和封頭上的拼接焊縫相碰,且相 鄰焊縫邊緣距離不小于loomm。在焊接接頭環(huán)向形成的棱角，用弦長等于1/6內(nèi)徑，且不小于300mm 的內(nèi)樣板或外樣板檢查，英值不得大于（5/10+2） mm,且不大于5mm。檢查合格后，不應(yīng)立即施焊，應(yīng)對其采取防變形措施，即支撐圈，其 應(yīng)在離頂部、底部各200mm處各設(shè)置1個、中部設(shè)置1個。具體措施見下 圖：3、工藝方法在對于重耍的合金結(jié)構(gòu)鋼如sa-387grllci等強度較高的合金鋼鋼進 行焊接時，我們可以采取對容器焊道進行焊前預(yù)熱的方式，

6、把容器焊道加 熱到一個特定的溫度160250°c之后再進行焊接。預(yù)熱能夠有效地降低焊 縫區(qū)金屬和周圍金屬之間存在的溫差，焊后進行250350°c之間的后熱處 理，又可以相對均勻地同時冷卻，進而實現(xiàn)了降低焊接內(nèi)應(yīng)力的作用。焊 接塑性較好的鋼材時，可以使用手錘錘擊焊縫，錘擊要在焊后熱態(tài)情況下 按一定方向進行，以延展焊縫材料金屬的塑性，降低內(nèi)應(yīng)力。還可以加熱 適當部位，靠加熱區(qū)金屬的伸長帶動焊接部位產(chǎn)生一個與焊接方向相反的 變形，使被加熱部位的冷卻收縮與焊接收縮方向相一致，減少焊接應(yīng)力。4、液壓超壓消應(yīng)力此方法又被稱之為機械拉伸法或者是超載法。只要條件可控，我們可 以對于壓力容器

7、施加一次或多次相較之于一般工作狀態(tài)下稍大外載荷，從 而讓外載荷所帶來的應(yīng)力與壓力容器焊接應(yīng)力彼此之間進行疊加，其木質(zhì) 是借助液體壓力產(chǎn)生拉應(yīng)力進而釋放或消除焊接應(yīng)力，山不穩(wěn)定狀態(tài)進入 穩(wěn)定狀態(tài)。若疊加后的合成應(yīng)力低于材料屈服極限時，呈現(xiàn)彈性狀態(tài)，應(yīng) 力與應(yīng)變變成直線關(guān)系；若疊加后的合成應(yīng)力達到材料屈服極限，局部區(qū) 域便產(chǎn)生塑性變形，伴隨外加應(yīng)力值的遞增，合成應(yīng)力達到屈服極限的范 圍變?nèi)?，產(chǎn)生塑性變形的范圍也相應(yīng)變大，但是應(yīng)力值沒有增加，然后開 始卸除外載荷，屈服變形和彈性變形的區(qū)域同時以彈性狀態(tài)恢復(fù)，這樣便 部分消除了壓力容器內(nèi)部的焊接殘余應(yīng)力，其實被消除的焊接殘余應(yīng)力等 于外載荷的應(yīng)力值。這

8、種液壓超壓法收到了良好的效果，方法便捷，效果 顯著，經(jīng)濟適用，同時進行了質(zhì)量檢驗和應(yīng)力消除，因為水壓試驗是壓力 容器生產(chǎn)制造的必經(jīng)工序，所以能收到一舉兩得的效果。5、整體焊后熱處理此方法分爐外和爐內(nèi)兩種方法。如果條件允許，將壓力容器整個放到 加熱爐加熱，一般爐內(nèi)法降低焊接應(yīng)力效果明顯，加熱和保溫均勻，溫度 場易控制，所降低壓力能通過調(diào)節(jié)溫度高低和保溫時間長短控制。但是， 人多數(shù)的壓力容器結(jié)構(gòu)較大，整體無法進入到加熱爐中，此時可對其作整 體爐外焊后熱處理，此方法大都要在容器外部覆蓋一層特殊的保溫層，而 在容器內(nèi)部可以采用內(nèi)燃法，即在容器內(nèi)部噴射燃料燃燒加熱，或者采用 電熱法進行內(nèi)部熱處理，這種方

9、法耍在容器內(nèi)部合理安置加熱片，還能夠 使用熱電偶測溫和控溫儀控溫，這種方法適用于內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單的壓力容 器。這種方法設(shè)備投資少，靈活性大，但實際操作起來會比較麻煩，總體 來說，仍不失為i種不錯的方法。其他類似的方法還冇熱風(fēng)法，即把高溫 熱風(fēng)用鼓風(fēng)機吹進容器內(nèi)部，熱風(fēng)流動會循環(huán)加熱容器，從而降低其焊接 應(yīng)力。6、局部焊后熱處理此方法并非簡單作局部烘烤，而是対焊縫整體作處理，主要有遠紅外 線輻射加熱法和電阻絲加熱法。遠紅外線加熱器形式多樣，可是片式、繩 式、履帶式等，其節(jié)電效果好,結(jié)構(gòu)簡單，環(huán)境適應(yīng)強。電阻絲加熱是把 電阻絲以一定的形狀纏繞在要處理的焊縫上進行加熱，可容器內(nèi)外同時加 熱，也可用隔溫片在容器內(nèi)部構(gòu)成一個密閉空間，自成一個加