论文部分内容阅读
摘要：随着科学技术的不断进步，压力容器广泛应用于各行各业之中，起到了非常重要的作用。但由于压力容器的结构非常复杂而大多数条件下都是安装在室外等非常恶劣的条件下，并且还有极高的安全和质量要求，这都给我们的压力容器制造工作带来了大量的工作难题。因此，本文笔者根据个人多年来的相关行业工作经验，并结合我国压力容器制造行业实际情况，先对消除焊接残余应力的方法进行分析，继而阐述压力容器制造中消除焊接残余应力方法的评估及建议，希望可以有效地控制压力容器的制造质量，同时起到抛砖引玉的作用，并推动我国压力容器制造业的不断向前发展。
关键词：压力容器 焊接 残余应力 评估 对策
随着压力容器的大规模应用，其质量问题也成为人们关注的焦点，因此我们制造单位更要严格把关，控制好每一台压力容器的质量，为人民群众的生命财产安全负责，而在制造的过程中压力容器的焊接残余应力的消除更是其中的重点以及难点。当压力容器在焊接完成后，会在部分焊缝区域产生出残余应力。由于在焊接过程中温度的不均与是的内应力超过了金属的屈服极限是的部分地区产生了变形，当温度降到常温后，由于无法消除而残留在结构中的内应力就叫做残余应力。残余应力的分布状态以及峰值大小会对容器造成应力腐蚀以及疲劳破坏等消极影响。经过调查分析，在容器的焊接过程中，产生残余应力是不可避免，但是由于焊接工艺、施焊程序以及容器外观尺寸等的区别，他们造成的残余应力的大小也不一样，分布的区域也是不同的，所以我们需要不同的方法以及对策来分别对其进行消除残余应力的工作，早保证质量的前提下，尽量获得最多的效益并保证压力容器能够长期、安全、平稳的使用。
一、消除焊接残余应力的方法
1.超载法
在适当条件下通过对容器施加一定的外载荷来达到消除残余应力的目的的方法叫做超载法。通过将焊接造成的残余应力与在和形成的应力叠加形成合成应力，若材料的屈服极限高于合成应力时，材料会出现弹性状态且应变效果和应力大小呈直线关系；若材料的屈服极限等于合成应力，会使得产生的塑性变形随着外载荷的增加而增大，并且达到的屈服极限的范围也不断扩大，在塑性变形范围增加的同时，应力值略微增加或保持不变。但由于压力容器的本体是连续的，卸载外载荷的过程中，弹性变形区域与曲阜变形区域都会以弹性状态回复，消除了大小为外载荷长生应力值大小的容器残余压力。
2.整体热处理法
按照一定的速度，将整个焊接完成的压力容器加热到50℃～AC1的温度，并保持在该温度一段时间，通过使变形金属形成等轴晶粒的过程来消除晶体的缺陷、降低金属的强度的同时提高金属韧性，最终达到减小、消除由焊接造成的残余应力的目的。但由于绝大多数的压力容器体积都非常大，很难轻松地将其放入到加热炉内去进行热处理工作，所以通过大家的不断努力，研发了一种新方法，就是通过在容器外部覆盖上一层保温层的同时在压力容器内部进行高温加热或者采用电热发对整个容器进行热处理。
3.局部热处理法
整体热处理的原理与局部热处理的原理基本相同，但局部热处理大多都是采用履带式电阻加热器或者红外板式加热器来对焊缝区进行加热，但由于只是拒不加热达不到整体加热对残余应力那么明显的消除效果，只能达到平缓分布应力、降低应力峰值的目标，所以局部热处理的改善处理区域力学性能的能力也被广泛使用，只不过大多数情况下局部热处理只是用来处理简单的焊接接头。
4.温差拉伸法
针对焊缝区残余应力的分布状态，利用温差热效应形成一个反向应力场，从而消除残余应力的一种方法。此法消除效果的关键在于温差 的选择， 与材料屈服极限 ，模量E以及热膨胀系数 有关，它们的关系式如下：
只要加温区和 选择适当，不致引起塑性变形而损失塑性储备，也不影响金属的金相组织，可以取得较好的消除应力效果，消除效果可达50～70%，此法在焊缝较规则，厚度又不太大的板壳结构上有一定应用价值。
5.锤击法
焊缝金属在迅速均匀的锤击下产生横向塑性伸展，使焊缝收缩得到一定补偿，从而使该部位的拉伸残余应力的弹性应变得到松弛，焊接残余应力即可部分消除。某400m3球罐接管凸缘与球罐壁焊后出现贯穿裂缝，在返修中除加强预热，内外侧同步焊接外，还辅以分层锤击，降低残余应力峰值，后经无损探伤，焊缝未发现任何裂纹，这说明在压力容器焊接过程中，采取均匀适度的分层锤击是降低焊接残余应力的一种简易有效的方法。
6.爆炸法
通过引爆布置在焊缝及其附近的炸药带，利用炸药在焊缝区瞬间爆炸的冲击波与残余应力的交互作用，使金属产生适量的塑性变形，残余应力因而得到松弛。
爆炸法处理不仅可以有效地消除焊接残余应力，而且在处理区域内产生一定量的压应力，从而使焊接接头提高了与拉应力有关的破坏抗力，对此，热处理是无能为力的。爆炸法对于在役的压力容器开罐检查中焊缝返修工程消除残余应力具有独到之处。
二、消除焊接残余应力方法的评估及建议
目前，压力容器消除焊接残余应力的方法较多，各有利弊，就上述方法而言，超载法、局部热处理法、温差拉伸法、锤击法和爆炸法设备简单、操作方便、成本较低，其中超载法是用水压试验来实现，同时达到了质量检验和消除残余应力两个目的，而水压试验是压力容器制造中必经的工序。因此，超载法消除焊接残余应力，不但方法简便，效果显著，而且经济性最好。所以，在某些常温条件下使用的压力容器应优先考虑超载法消除焊接残余应力，对一般低压容器可采用温差拉伸法，至于锤击法宜作为消除应力的辅助手段或用在既不能整体热处理又不宜用其它方法处理的压力容器（如不锈钢板上塞焊部位）上。整体热处理的效果虽然很好，但与其它方法相比，设备较多、工艺复杂、操作不便且成本最高，一般宜用在三类压力容器中。
三、结束语
综上所述，随着我国经济的发展，压力容器的使用频率也是越来越高，为了保证其质量，我们一定要严格按照规范对其进行残余应力的消除工作。由于残余应力的分布、大小以及容器的用途等的不同，我们要根据不同情况，选择不同的残余应力消除方式，在保证容器质量的大前提下，尽量将残余应力消除干净。只有生产出合格的产品，才能够促进企业的发展，才能保证应用压力容器的各个行业有序的生产，继而为我国可持续发展增添新的动力。
参考文献
[1]秦长城.压力容器焊接的质量控制方法[J].压力容器.2003，12.
[2]中国机械工程学会焊接学会编.焊接手册[M].北京：机械工业出版社，1992.322.
[3]王佳琪.浅析焊接残余应力的消除方法[J].压力容器.2008，6.
关键词：压力容器 焊接 残余应力 评估 对策
随着压力容器的大规模应用，其质量问题也成为人们关注的焦点，因此我们制造单位更要严格把关，控制好每一台压力容器的质量，为人民群众的生命财产安全负责，而在制造的过程中压力容器的焊接残余应力的消除更是其中的重点以及难点。当压力容器在焊接完成后，会在部分焊缝区域产生出残余应力。由于在焊接过程中温度的不均与是的内应力超过了金属的屈服极限是的部分地区产生了变形，当温度降到常温后，由于无法消除而残留在结构中的内应力就叫做残余应力。残余应力的分布状态以及峰值大小会对容器造成应力腐蚀以及疲劳破坏等消极影响。经过调查分析，在容器的焊接过程中，产生残余应力是不可避免，但是由于焊接工艺、施焊程序以及容器外观尺寸等的区别，他们造成的残余应力的大小也不一样，分布的区域也是不同的，所以我们需要不同的方法以及对策来分别对其进行消除残余应力的工作，早保证质量的前提下，尽量获得最多的效益并保证压力容器能够长期、安全、平稳的使用。
一、消除焊接残余应力的方法
1.超载法
在适当条件下通过对容器施加一定的外载荷来达到消除残余应力的目的的方法叫做超载法。通过将焊接造成的残余应力与在和形成的应力叠加形成合成应力，若材料的屈服极限高于合成应力时，材料会出现弹性状态且应变效果和应力大小呈直线关系；若材料的屈服极限等于合成应力，会使得产生的塑性变形随着外载荷的增加而增大，并且达到的屈服极限的范围也不断扩大，在塑性变形范围增加的同时，应力值略微增加或保持不变。但由于压力容器的本体是连续的，卸载外载荷的过程中，弹性变形区域与曲阜变形区域都会以弹性状态回复，消除了大小为外载荷长生应力值大小的容器残余压力。
2.整体热处理法
按照一定的速度，将整个焊接完成的压力容器加热到50℃～AC1的温度，并保持在该温度一段时间，通过使变形金属形成等轴晶粒的过程来消除晶体的缺陷、降低金属的强度的同时提高金属韧性，最终达到减小、消除由焊接造成的残余应力的目的。但由于绝大多数的压力容器体积都非常大，很难轻松地将其放入到加热炉内去进行热处理工作，所以通过大家的不断努力，研发了一种新方法，就是通过在容器外部覆盖上一层保温层的同时在压力容器内部进行高温加热或者采用电热发对整个容器进行热处理。
3.局部热处理法
整体热处理的原理与局部热处理的原理基本相同，但局部热处理大多都是采用履带式电阻加热器或者红外板式加热器来对焊缝区进行加热，但由于只是拒不加热达不到整体加热对残余应力那么明显的消除效果，只能达到平缓分布应力、降低应力峰值的目标，所以局部热处理的改善处理区域力学性能的能力也被广泛使用，只不过大多数情况下局部热处理只是用来处理简单的焊接接头。
4.温差拉伸法
针对焊缝区残余应力的分布状态，利用温差热效应形成一个反向应力场，从而消除残余应力的一种方法。此法消除效果的关键在于温差 的选择， 与材料屈服极限 ，模量E以及热膨胀系数 有关，它们的关系式如下：
只要加温区和 选择适当，不致引起塑性变形而损失塑性储备，也不影响金属的金相组织，可以取得较好的消除应力效果，消除效果可达50～70%，此法在焊缝较规则，厚度又不太大的板壳结构上有一定应用价值。
5.锤击法
焊缝金属在迅速均匀的锤击下产生横向塑性伸展，使焊缝收缩得到一定补偿，从而使该部位的拉伸残余应力的弹性应变得到松弛，焊接残余应力即可部分消除。某400m3球罐接管凸缘与球罐壁焊后出现贯穿裂缝，在返修中除加强预热，内外侧同步焊接外，还辅以分层锤击，降低残余应力峰值，后经无损探伤，焊缝未发现任何裂纹，这说明在压力容器焊接过程中，采取均匀适度的分层锤击是降低焊接残余应力的一种简易有效的方法。
6.爆炸法
通过引爆布置在焊缝及其附近的炸药带，利用炸药在焊缝区瞬间爆炸的冲击波与残余应力的交互作用，使金属产生适量的塑性变形，残余应力因而得到松弛。
爆炸法处理不仅可以有效地消除焊接残余应力，而且在处理区域内产生一定量的压应力，从而使焊接接头提高了与拉应力有关的破坏抗力，对此，热处理是无能为力的。爆炸法对于在役的压力容器开罐检查中焊缝返修工程消除残余应力具有独到之处。
二、消除焊接残余应力方法的评估及建议
目前，压力容器消除焊接残余应力的方法较多，各有利弊，就上述方法而言，超载法、局部热处理法、温差拉伸法、锤击法和爆炸法设备简单、操作方便、成本较低，其中超载法是用水压试验来实现，同时达到了质量检验和消除残余应力两个目的，而水压试验是压力容器制造中必经的工序。因此，超载法消除焊接残余应力，不但方法简便，效果显著，而且经济性最好。所以，在某些常温条件下使用的压力容器应优先考虑超载法消除焊接残余应力，对一般低压容器可采用温差拉伸法，至于锤击法宜作为消除应力的辅助手段或用在既不能整体热处理又不宜用其它方法处理的压力容器（如不锈钢板上塞焊部位）上。整体热处理的效果虽然很好，但与其它方法相比，设备较多、工艺复杂、操作不便且成本最高，一般宜用在三类压力容器中。
三、结束语
综上所述，随着我国经济的发展，压力容器的使用频率也是越来越高，为了保证其质量，我们一定要严格按照规范对其进行残余应力的消除工作。由于残余应力的分布、大小以及容器的用途等的不同，我们要根据不同情况，选择不同的残余应力消除方式，在保证容器质量的大前提下，尽量将残余应力消除干净。只有生产出合格的产品，才能够促进企业的发展，才能保证应用压力容器的各个行业有序的生产，继而为我国可持续发展增添新的动力。
参考文献
[1]秦长城.压力容器焊接的质量控制方法[J].压力容器.2003，12.
[2]中国机械工程学会焊接学会编.焊接手册[M].北京：机械工业出版社，1992.322.
[3]王佳琪.浅析焊接残余应力的消除方法[J].压力容器.2008，6.