殘余應(yīng)力測(cè)試原理及應(yīng)用儀器
采用盲孔法測(cè)試焊縫殘余應(yīng)力，就是在有殘余應(yīng)力的部位鉆一個(gè)小孔，因小孔附近的殘余應(yīng)力被釋放，孔區(qū)附近的殘余應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生變化，只要測(cè)出該局部區(qū)域的應(yīng)變變化量，即可計(jì)算出鉆孔處釋放前的殘余應(yīng)力值。
儀器采用南京聚航科技有限公司的JHMK多點(diǎn)殘余應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)，由JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀和JHZK鉆孔裝置組成。在軟件進(jìn)行設(shè)置后，自動(dòng)實(shí)時(shí)計(jì)算殘余應(yīng)力，并實(shí)時(shí)顯示和保存應(yīng)力應(yīng)變數(shù)值，測(cè)量結(jié)果直觀明了。
測(cè)點(diǎn)的選擇：由于只有一條組裝環(huán)焊縫，焊縫兩面焊成型，故在罐體內(nèi)壁及外壁焊縫上對(duì)應(yīng)并對(duì)稱各分布四個(gè)測(cè)點(diǎn)。
測(cè)量結(jié)果分析
從表1可以看出，環(huán)向殘余應(yīng)力退火前后均大于軸向殘余應(yīng)力，測(cè)量結(jié)果符合焊接殘余應(yīng)力的基本規(guī)律：最大殘余應(yīng)力方向與焊縫長度方向一致，且為拉應(yīng)力；垂直焊縫方向的殘余應(yīng)力遠(yuǎn)小于平行焊縫方向的殘余應(yīng)力，因此測(cè)試數(shù)據(jù)是合理的。
|
測(cè)點(diǎn) |
退火前 |
退火后 |
消除率 |
||||
|
釋放應(yīng)變 |
殘余應(yīng)力 |
釋放應(yīng)變 |
殘余應(yīng)力 |
||||
|
內(nèi)壁面 |
1 |
軸向 |
85 |
-13 |
-24 |
114 |
增加 |
|
環(huán)向 |
-220 |
370 |
-96 |
204 |
44.9 |
||
|
2 |
軸向 |
16 |
14 |
/ |
/ |
/ |
|
|
環(huán)向 |
-65 |
116 |
/ |
/ |
/ |
||
|
3 |
軸向 |
36 |
52 |
-12 |
140 |
增加 |
|
|
環(huán)向 |
-176 |
319 |
-168 |
336 |
未消除 |
||
|
4 |
軸向 |
18 |
121 |
-11 |
123 |
未消除 |
|
|
環(huán)向 |
-225 |
427 |
145 |
291 |
31.9 |
||
|
外壁面 |
5 |
軸向 |
110 |
-9 |
120 |
-133 |
增加 |
|
環(huán)向 |
-296 |
501 |
-146 |
202 |
59.8 |
||
|
6 |
軸向 |
110 |
-56 |
94 |
-97 |
未消除 |
|
|
環(huán)向 |
-228 |
367 |
-125 |
179 |
51.5 |
||
|
7 |
軸向 |
88 |
-1 |
103 |
-101 |
增加 |
|
|
環(huán)向 |
-245 |
417 |
-143 |
214 |
50.2 |
||
|
8 |
軸向 |
100 |
-9 |
162 |
-163 |
增加 |
|
|
環(huán)向 |
-294 |
504 |
-220 |
316 |
37.2 |
||
從表1所列的環(huán)焊縫退火前后的實(shí)測(cè)值變化情況可看出:
1. 退火前，外壁面第8點(diǎn)殘余應(yīng)力值最大，達(dá)504MPa，退火后，其值約316MPa。減少了188MPa，降低幅度為37%；外壁面第5點(diǎn)是退火降低殘余應(yīng)力幅度最大的，由501MPa降低到202MPa，減少了299MPa，降低幅度達(dá)60%。
2. 除外壁面第3點(diǎn)外，環(huán)向殘余應(yīng)力退火后消除率為31.9%-59.5%；
3. 軸向殘余應(yīng)力基本上沒有消除，外壁面環(huán)焊縫軸向殘余應(yīng)力在退火前為較小的壓應(yīng)力，經(jīng)退火后變?yōu)檩^大的壓應(yīng)力。
4. 退火前組裝環(huán)向焊接殘余應(yīng)力大部分在31-500MPa之間，明顯高于罐體其他環(huán)焊縫186-343MPa的殘余應(yīng)力值。
將表1的殘余應(yīng)力值在退火前后的對(duì)比用圖1表示，取消退火后無法正常測(cè)量的第二點(diǎn)，1、3、4為內(nèi)壁測(cè)量點(diǎn)，5、6、7、8為外壁測(cè)量點(diǎn)，測(cè)量點(diǎn)分界線與殘余應(yīng)力分界線將圖1分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4個(gè)區(qū)域。
圖1 組裝環(huán)焊縫殘余應(yīng)力在退火前后的對(duì)比
從圖1可以看出；高殘余應(yīng)力區(qū)出現(xiàn)I區(qū)，原因之一是環(huán)焊縫內(nèi)壁焊縫坡口比外壁坡口小的多，而且外壁焊縫冷卻速度比內(nèi)壁快。其退火降低殘余應(yīng)力效果非常明顯，降幅在37%-60%之間，平均降幅達(dá)50%。
軸向殘余應(yīng)力值在退火后增大，最大增幅可達(dá)170MPa，該殘余應(yīng)力不是最大殘余應(yīng)力，可能對(duì)焊縫抗疲勞、抗應(yīng)力腐蝕有利。
組裝環(huán)焊縫的殘余應(yīng)力高于其他環(huán)焊縫，主要是因?yàn)椴捎脧?qiáng)制對(duì)接，兩個(gè)筒節(jié)強(qiáng)行對(duì)中后進(jìn)行焊接，而且筒體內(nèi)壁面只能手工焊接。
結(jié)論
由以上數(shù)據(jù)表明，盲孔法可用于液化石油氣儲(chǔ)罐組裝環(huán)焊縫的殘余應(yīng)力測(cè)試中，所測(cè)結(jié)果符合焊接殘余應(yīng)力的基本規(guī)律，測(cè)試數(shù)據(jù)合理。高殘余應(yīng)力區(qū)出現(xiàn)在外壁面環(huán)向方向上，其退火后殘余應(yīng)力降幅在37%-60%之間，最大減幅達(dá)299MPa，平均降幅50%；退火后內(nèi)壁面環(huán)向平均殘余應(yīng)力減少27%。整個(gè)環(huán)焊縫局部退火工藝可消除30%-60%的環(huán)向殘余應(yīng)力應(yīng)力值，其效果非常明顯，達(dá)到了消除焊接殘余應(yīng)力的要求，儲(chǔ)罐兩筒節(jié)的組隊(duì)滑焊縫，殘余應(yīng)力值比罐體其它環(huán)焊縫的殘余應(yīng)力值要大，應(yīng)注意改善焊接組對(duì)的工藝方法。
