液氨貯罐熱處理后焊接殘余應(yīng)力測試

某生產(chǎn)液氨貯罐廠家采用熱處理工藝消除殘余應(yīng)力，現(xiàn)在想要了解熱處理工藝效果。他們找到聚航科技，希望我們能夠為其提供方案。經(jīng)過雙方討論研究后，決定采用盲孔法分別對未經(jīng)熱處理的液氨貯罐和經(jīng)整體焊后熱處理后的液氨貯罐進行焊接殘余應(yīng)力測試，分析其殘余應(yīng)力大小和分布狀況。

液氨貯罐簡況

罐體材料為16MnR，采用手工電弧焊和埋弧自動焊焊接而成，有8條環(huán)焊縫和4條縱焊縫。內(nèi)壁先由手工電弧焊焊接4層，焊條為T507。然后外壁進行碳弧氣刨清根，最后，外壁以埋弧自動焊蓋面。焊縫經(jīng)超聲探傷后，對不合格處進行返修補焊。其中一臺未經(jīng)熱處理，焊后露天放置6個月自然時效；另一臺焊后經(jīng)整體消除應(yīng)力熱處理，由于罐體較長，分兩段進爐熱處理，其熱處理工藝過程為：升溫24小時，到350℃，保溫3小時，再升溫到600℃，保溫6小時，然后隨爐冷卻到250℃，出爐空冷，第二段罐體熱處理工藝過程同第一段。

焊接殘余應(yīng)力測試方法與布片方案

本次主要采用的是盲孔法測量殘余應(yīng)力，測試時，先在被測部位貼上電阻應(yīng)變花，然后按有關(guān)要求在應(yīng)變花處打出規(guī)定的小孔，釋放焊接殘余應(yīng)力以及相應(yīng)產(chǎn)生的應(yīng)變，再由應(yīng)變儀將釋放的應(yīng)變量進行測試和記錄。根據(jù)釋放應(yīng)變量即可算出殘余應(yīng)力值，所用儀器設(shè)備為聚航科技生產(chǎn)的JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀，JHZK專用鉆孔裝置以及箔式應(yīng)變花。測點均布在罐體外表面，位置力圖在可能產(chǎn)生高的殘余應(yīng)力處。主要布片位置為：

1. 筒體、封頭連接環(huán)焊縫與封頭拼板焊縫相交處，該處是丁字焊縫，殘余應(yīng)力相對而言比較高。經(jīng)焊后整體熱處理的貯罐測點至焊縫距離與未經(jīng)熱處理的貯罐完全相同，以便對比。

2. 筒體上最后一道環(huán)焊縫，該焊縫組焊時自由度小，殘余應(yīng)力較大。

3. 未經(jīng)熱處理的貯罐液面計接管與筒體連接的封閉焊縫，拘束度大，產(chǎn)生的殘余應(yīng)力也較大。

4. 焊后經(jīng)整體熱處理的貯罐人孔加強圈附近的筒體環(huán)焊縫與加強圈封閉焊縫相交處，此處接近鞍座，應(yīng)力較復(fù)雜。

測試結(jié)果及分析

由測得殘余應(yīng)力值和殘余應(yīng)力分布曲線可知

1. 罐體上的對接焊縫，在焊縫金屬和近縫熱影響區(qū)內(nèi)，均具有拉伸焊縫殘余應(yīng)力，且沿焊縫方向的縱向殘余應(yīng)力σ_x均遠大于垂直于焊縫方向的橫向殘余應(yīng)力σ_y。除罐體上最后焊接的環(huán)焊縫其最大殘余應(yīng)力位于焊縫金屬中心外，其余所測焊縫的最大殘余應(yīng)力均位于焊縫熔合線處。

2. 對于未經(jīng)熱處理的貯罐，其最大殘余應(yīng)力值接近母材的強度極限，表明該貯罐存在的最大殘余應(yīng)力值很高。焊后經(jīng)整體消除應(yīng)力熱處理的貯罐，其殘余應(yīng)力有了明顯的下降，降低幅度為50%-90%，但最大殘余應(yīng)力降低則偏下限，其降低量約為40-50%，最大縱向殘余拉應(yīng)力σ_x仍接近母材的屈服極限，表面該貯罐的消除應(yīng)力熱處理的效果不佳。

3. 焊縫經(jīng)返修補焊處、丁字接頭處，小直徑接管連接焊縫等處，原估計由于約束條件和焊接熱作用等因素，其殘余應(yīng)力會更大些，但測試表明，其殘余應(yīng)力大小與一般正常部位焊縫并無明顯差別，其分布規(guī)律也基本一致。

上述分析顯示，即使容器在露天放置半年以上，其焊接殘余應(yīng)力仍接近母材屈服極限。因此，對于具有應(yīng)力腐蝕傾向介質(zhì)的容器，應(yīng)充分注意焊接殘余應(yīng)力問題，并采取相應(yīng)措施消除或降低應(yīng)力。本文實測液氨貯罐消除焊接殘余應(yīng)力效果不佳，這可能是由于熱處理工藝不當所致，因此要取得理想效果，還應(yīng)嚴格控制熱處理工藝。