殘余應力

壓力容器焊接后,結構焊縫區(qū)會產(chǎn)生殘余應力。它是由于焊接時不均勻加熱的溫度場所造成的內(nèi)應力達到材料屈服極限,使局部區(qū)域產(chǎn)生塑性變形,當溫度回到原始的均勻狀態(tài)以后,內(nèi)應力仍然殘留在結構中造成的,故稱殘余應力。焊接殘余應力的峰值大小、分布狀態(tài)直接對容器的疲勞破壞和應力腐蝕開裂等產(chǎn)生不良影響。研究證明,容器一經(jīng)焊接,殘余應力就不可避免地同時伴生,它的產(chǎn)生機理雖已被初步認識,但由于壓力容器的外形尺寸、焊接工藝、施焊程序以及拘束大小的不同,殘余應力的水平也大不一樣,并且分布十分復雜,故需要確定合理的消除(或減少)焊接殘余應力的對策,使壓力容器在制造時,保證質(zhì)量、經(jīng)濟合理;在役時,安全運行、杜絕事故。

Xstress3000便攜式殘余應力分析儀現(xiàn)場檢測焊接殘余應力，便攜式殘余應力分析儀輕小、便攜，在實驗室和戶外都可使用。精度高，準確性好。

超載法

在可控條件下,對容器施加一次(或多次)比其工作狀態(tài)下稍大的外載荷。該載荷形成的應力與容器局部存在的焊接殘余應力疊加,合成應力低于材料屈服極*呈彈性狀態(tài),應力與應變成直線關系;當合成應力達到材料屈服極*,局部區(qū)域便產(chǎn)生塑性變形,隨著外加應力值的增加,合成應力達到屈服極限的范圍增大,產(chǎn)生塑性變形的范圍也應相應增大,但應力值沒有增加(或增加不多)。由于容器本身是連續(xù)的,在外載荷卸除過程中,屈服變形區(qū)域與彈性變形區(qū)域同時以彈性狀態(tài)回復,存在于容器內(nèi)部的焊接殘余應力被部分消除,被消除的殘余應力的大小等于外加載荷產(chǎn)生的應力值。

整體熱處理法

將焊接好的整個容器按一定的加熱速度加熱到500℃~Ac1的溫度,并保溫一段時間,使變形金屬再結晶形成新的等軸晶粒,各種晶體缺陷基本消除,金屬強度降低,韌性提高,使焊接殘余應力得到松弛、釋放而消除。

壓力容器一般結構較大,不可能象其它小型設備或機械零件等那樣放入加熱爐內(nèi)進行熱處理?？梢栽谌萜魍獗诟采w保溫層,而在容器內(nèi)部噴射燃料燃燒形成高溫進行加熱的內(nèi)燃法,也可以采用電熱法對容器進行整體的熱處理。

局部熱處理法

其原理與整體熱處理相同,目前多采用紅外板式加熱器或履帶式電阻加熱器加熱焊縫區(qū),由于是局部加熱,消除殘余應力的效果不如整體熱處理,只能降低內(nèi)應力的峰值,使應力分布比較平緩,而不能從根本上消除,但局部熱處理可以改善焊接接頭的力學性能,處理對象往往只限于較簡單的焊接接頭。

溫差拉伸法

針對焊縫區(qū)殘余應力的分布狀態(tài),利用溫差熱效應形成一個反向應力場,從而消除殘余應力的一種方法。此法消除效果的關鍵在于溫差Δt的選擇,Δt與材料屈服極限σs，模量E以及熱膨脹系數(shù)β有關。

只要加溫區(qū)和Δt選擇適當,不致引起塑性變形而損失塑性儲備,也不影響金屬的金相組織,可以取得較好的消除應力效果,消除效果可達50%~70%,此法在焊縫較規(guī)則,厚度又不太大的板殼結構上有一定應用價值。

錘擊法

焊縫金屬在迅速均勻的錘擊下產(chǎn)生橫向塑性伸展,使焊縫收縮得到一定補償,從而使該部位的拉伸殘余應力的彈性應變得到松弛,焊接殘余應力即可部分消除。

爆炸法

爆炸法處理不僅可以有效地消除焊接殘余應力,而且在處理區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生一定量的壓應力,從而使焊接接頭提高了與拉應力有關的破壞抗力,對此,熱處理是無能為力的。爆炸法對于在役的壓力容器開罐檢查中焊縫返修工程消除殘余應力具有獨到之處。