壓力容器在制造過程中會產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力，焊接殘余應(yīng)力對焊接構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度、脆性斷裂、耐應(yīng)力腐蝕及裂紋擴(kuò)展均有明顯的影響。本次研究是對壓力容器錯邊和不錯邊的焊接接頭進(jìn)行了殘余應(yīng)力測試，確定了焊接殘余應(yīng)力的大小及方向，并在加載的條件下，對各焊接接頭測點(diǎn)進(jìn)行了綜合應(yīng)力測試，給出受載條件下的應(yīng)力分布。

測點(diǎn)選擇

測試的兩個試件用Φ325*8的無縫鋼管焊接而成，預(yù)先控制錯邊量，使錯邊焊縫遠(yuǎn)離約束，以求減少對測試的影響，焊接與檢驗(yàn)規(guī)范按GB150-1998進(jìn)行。使用兩個試件是為驗(yàn)證測試數(shù)據(jù)的重復(fù)性，殘余應(yīng)力測試采用盲孔法。試件尺寸及結(jié)構(gòu)見圖1，容器編號及焊縫代號見表1。

測點(diǎn)的選擇是考慮在測試載荷應(yīng)力時，應(yīng)力方向?yàn)橐阎傻染嗖贾?/font>90°直角應(yīng)變花；對焊接殘余應(yīng)力測試采用45°應(yīng)變花，既可以測出應(yīng)變，又可測出焊接殘余應(yīng)力的方向。殘余應(yīng)力的測點(diǎn)布置在焊縫上，與載荷測試應(yīng)變片距離相等。每個測點(diǎn)布置的距離間隔為50mm。坐標(biāo)選定為，沿容器軸線為x方向，沿焊接接頭方向?yàn)閥方向。

應(yīng)力測試

焊接殘余應(yīng)力測試

測試焊接殘余應(yīng)力的應(yīng)變花標(biāo)距為2*4mm，三軸，每條焊縫布置兩片。儀器采用JHMK殘余應(yīng)力測試儀，由JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀和JHZK殘余應(yīng)力鉆孔裝置組合而成，鉆孔裝置鉆孔邊緣距絲柵2mm，孔徑2mm，孔深2.5mm。標(biāo)定材料用20g鋼板，標(biāo)定系數(shù)A=3.34*10^-6，B=1.87*10^-6。

載荷應(yīng)力測試

測量載荷應(yīng)力的試驗(yàn)介質(zhì)為水，1#和2#兩個試件分別在P=3.0MPa和P=2.0MPa加載進(jìn)行試驗(yàn)。

數(shù)據(jù)結(jié)果分析

• 焊接殘余應(yīng)力的分布不均勻，焊縫錯邊量大的區(qū)域焊接殘余應(yīng)力也大，焊接殘余應(yīng)力的方向與焊縫軸線均存在一個夾角，角度范圍大多在10°~20°之間，形成主應(yīng)力方向分散的原因是與約束程度有關(guān)，此試件是用鋼管焊成，無縱焊縫，約束程度與有縱焊縫的容器相比相對小些。
• 殘余應(yīng)力的值δ_x大于δ_y，且多處于拉應(yīng)力狀態(tài)，結(jié)合焊接裂紋出現(xiàn)的情況來看，大多數(shù)焊接裂紋與焊縫大致平行，主要是δ_x作用的結(jié)果。
• 加載測試的過程中，測試值中焊接殘余應(yīng)力與載荷應(yīng)力疊加后的數(shù)值不是很大，這可能是殘余壓應(yīng)力與載荷應(yīng)力作用的結(jié)果。
• 錯邊量大的焊縫載荷應(yīng)力數(shù)值高應(yīng)該是錯邊焊縫引起的附加彎曲應(yīng)力所致。置于焊接殘余應(yīng)力作用的影響有待進(jìn)一步探討。
• 從T2和T3焊縫測試結(jié)果看出；殘余應(yīng)力在載荷應(yīng)力中體現(xiàn)不甚明顯，但焊接殘余應(yīng)力確實(shí)存在于焊接接頭中，它對容器的脆性斷裂，低周疲勞斷裂，以及應(yīng)力腐蝕開裂的影響是明顯的。

總結(jié)上述分析，有必要對壓力容器的焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行控制和消除。