压力容器中焊接残余应力的消除策略

摘要：压力容器在焊接之后，会在焊缝处产生一定的残余应力，对容器的质量会产生一定的影响，而且，根据容器焊接的具体情况的不同，焊接残余应力的大小也会有所差别，为了降低残余应力对焊接容器造成的质量影响，需要采取有效的方法消除容器焊接中产生的残余应力。

关键词：压力容器;焊接;残余应力;消除

前言

对压力容器焊接残余应力的消除方法主要有辐射加热法、锤击法、超载法等，作者结合自身多年经验，主要从这几方面消除焊接残余应力的方法进行分析。

1.焊接残余应力的概述

所谓焊接残余应力，就是在焊接的过程中，由于加热温度场不均匀，使得内应力达到材料的屈服极限，造成材料的局部产生变形的现象，在温度降低到原始均匀状态后，残留在材料结构中的内应力就是焊接的残余应力[1]。焊接残余应力的分布状态以及峰值大小对容器的应力腐蚀开裂以及疲劳破坏有着直接的影响，而且，容器在焊接的过程中残余应力是不可避免的，残余应力与容器的焊接工艺、外形尺寸、焊接程序等有着直接的关系，要避免或降低焊接残余应力对容器的影响，必须要了解残余应力的原理，才能有效的消除焊接容器的残余应力。

2.压力容器中焊接残余应力的消除策略

2.1 辐射加热消除残余应力

辐射加热消除残余应力的策略，主要是由热源把热量辐射至容器的金属表面，然后再由金属表面将热量传导至其他的方向，经常用到的辐射加热方式如电阻炉加热法、火焰加热法、红外线加热法等，实践效果非常显著。压力容器中焊接的残余应力主要是因为焊接处与整体结构之间的温差引起的，而要降低或消除焊接的残余应力，主要就是对焊接处以及容器整体结构之间的温差进行控制，而辐射加热的方式，可以将热量传道给容器，根据实际的焊接情况，对温差进行有效的控制，可以有效的实现消除压力容器残余应力的效果。

2.2 锤击法消除残余应力

捶击法主要是通过工具对容器的焊接缝隙金属进行迅速而均匀的锤击，在锤击之下会产生横向塑性伸展，这样能够使容器的焊缝收缩得到补偿，当然，具体的补偿程度与实际的情况有着直接的联系，这种操作主要是为了能够让焊接部分的残余应力弹力在拉伸的情况下变的松弛，从而达到消除部分焊接残余应力的目的[3]。例如，某工程对200m3球罐接管凸缘，在对这个球罐进行焊接的过程中出现贯穿裂缝的现象，这是不允许应用到工程中的，为此需要对其进行返修加强预热处理，然后再从内外侧同步的对裂缝处进行焊接，与此同时，还配有辅助的锤击工具对其进行分层锤击，通过降低焊接残余应力的峰值之后，才可对该容器的裂缝处完成焊接工作，并且，在后期的检查中未发现存在任何容器裂缝。从这里例子中不难看出，捶击法虽然是一种消除焊接残余应力的辅助方法，但是，该方法的应用效果十分显著，而且，操作方法也比较简单，只需要适度的对焊接区域进行分层锤击即可起到降低焊接残余应力的效果。

2.3 超载法消除残余应力

超载法是对焊接的容器施加一次或多次的外载荷，施加的外载荷要比正常的工作状态稍大一些，施加的外载荷产生的应力与焊接容器的残余应力叠加，如果合成的应力达到焊接材料的屈服极限时，那么焊接材料的局部区域就会产生塑性变形，而且，在外加应力不断增加的同时，合成应力达到的材料屈服基线范围也会随之增大，相应的材料产生塑性变形的范围也会逐渐增大，而这时的应力值是没有增加的，再加上焊接容器本身就具有连续性的特征，当外载荷移除之后，屈服变形的区域以及材料弹性变形区域也会在弹性的影响下回复，在这个过程中能够有效的消除焊接容器的一部分残余应力[4]。在采用超载法的实践中发现，超载法不仅能够消除容器焊接的残余应力，同时相比与其他方法来说操作比较简单，而且消除残余应力的效果十分显著，造价也比较低，具有较高的经济性，超载法也是当今压力容器中焊接残余应力消除的主要方法。

2.4 设计措施消除残余应力

对于压力容器中焊接残余应力的消除策略，还可以在容器焊接设计的过程中采取相应的措施。①减少焊缝的数量，容器的焊接残余应力主要来源于焊接，尤其是焊缝数量过多的情况下，相应的焊接残余应力也会随之增加，因此，要尽量减少焊缝数量，这样可以有效的降低容器的焊接残余应力;②和合理布置容器的焊接缝，并尽量采用刚性较小的接头，这样可以在焊接的过程中，能够降低焊接的残余应力，避免残余应力对焊接容器的影响。

2.5 工艺措施消除残余应力

除以上几种消除压力容器焊接残余应力的方式之外，还可以从工艺入手减小焊接残余应力，尽量将焊接残余应力控制到最低，这样避免残余应力对容器的影响。①要在压力容器焊接顺序以及焊接方向上进行控制，例如，要先对收缩量较大的焊接缝进行焊接、对受力较大的位置先对其进行焊接、对平面上存在交叉的位置进行先焊接等。②利用加热的方式消除压力容器焊接的残余应力，可以根据实际的情况对容器进行局部加热或整体加热，主要是控制焊接处与整体结构之间的温差，这样可以有效的减少压力容器的焊接残余应力。③可以利用冷焊法降低焊接的残余应力，主要原理也是对焊接处与整体结构之间的温差进行控制，尽量将其控制在最低。

3.总结

压力容器中焊接残余应力的消除具有多种方法，如本文提到的辐射加热法、锤击法、超载法等，每种方法在消除焊接残余应力的过程中都有着独特的优势，具体采用哪种方法要根据压力容器焊接的实际情况以及用途来选择，通过本文对压力容器中焊接残余应力消除策略的分析，焊接残余应力与容器的焊接工艺、外形尺寸、焊接程序等有着直接的关联，因此，在选择消除焊接残余应力的过程中，要对其他因素进行详细的分析，这样才能保证选取的焊接残余应力消除法的经济性、效益性。

参考文献：

[1]刘国伟，尚世显，黄文龙.焊接后热与焊后热处理温度对焊接残余应力松弛的试验研究[J].压力容器，2009（05）

[2]陈登丰.爆炸处理法消除焊接残余应力[J].压力容器，2012（01）

[3]罗利伟，付小超.焊接残余应力的产生及其消除方法[J].山西建筑，2008（20）

[4]刘国伟，尚世显，黄文龙.焊接后热与焊后热处理温度对焊接残余应力松弛的试验研究[J]. 压力容器，2013（05）

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