大型储罐环焊缝残余应力测定与分析.pdf

石油化工腐蚀与防护
故障分析与寿命评
Corrosion Protection in Petrochemical Industry
2010
大型储罐环焊缝残余应力测定与分析
建雄1陈辉2
(1.湖南化工学院,湖南株洲412004;2.南华大学机械工程学院,溯南衡阳421001)
摘要:采用钻小富孔残余应力释放法,涮量了0.25dam3液化石油气儲俎裳环焊缝在退火前后
的残余应力,分析了局部退火エ艺的退火效果。结果表明:高残余应力区出现在外壁面环向上,其退
火后残余应力降幅在37%~60%,平均降幅达50%,最大减幅达299MPa;环焊缝局部退火工艺可
消除30%~60%环向残余应力,达到了消除焊接残余应力的要求。
关键词:残余应力局部退火组装环焊缝大型储
中图分类号:TE972
文献标识码:A
文章编号:1007-015X(2010)02-0062-03
焊接结构中的残余应力,除少数用作自增强结现场使用,不仅能满足工程测试精度要求而且对储
构产生有利作用外,多数对结构的疲劳强度、断裂罐完整性和完全性没有影响,美国材料试验学会
性能和抗应力腐蚀性能等都有较大的不利影响。国内船舶行业制定了钴孔法标准叫。根据多年来
化工容器中的大型储罐采用焊接结构,由于组对误的实践经验和工厂的现场条件叫,采用钻小盲孔
差、焊接过程中加热和冷却不均匀等原因,使罐体残余应力释放法测定残余应力:(1)采用2m孔
焊缝及其热影响区内存在残余应力,该残余应力尤径的麻花钴头钴小盲孔,孔深2.5m。用新兰仪
其会引起液化石油气储鑵的应力腐蚀开裂。因此,表厂制造的CZ-2型测钴仪钴孔;(2)在测点上
焊接组装后的液化石油气储罐必须进行消除残余用502粘接剂粘贴专用角式应变花(型号:BE120
应力处理リ。由于储罐尺寸较大,一般不可能放-BA),采用YJ-5型电阻应变仪测量钴孔后释放
人加热炉内进行整体热处理。对于大型球罐,目前的应变值。YJー5型电阻应变仪经BYMー4型模
多采用“内燃法”,即以球罐本身作为燃烧室,燃料拟应变仪校验,符合工程测量的精度要求。
在其肉部空间燃烧,使球体升温。此法的优点
测点的选择。因仅有一条组装环焊缝,焊缝两
是能够较好地消除残余应力,但存在能耗大,尤其面焊成型,故在罐体内壁及外壁焊鏠上对应并对称
对并非整体应力过高和检修补焊等只需进行局部各分布四个测点,测点分布见图1。
处理的情况更是浪费。近年来研究试验了消除
局部退火
焊接残余应力的新方法,如局部低温热处理2、振
A环焊缝
动3、爆炸和低频交变磁场?等处理方法。
对于大型储罐,采用焊缝局部退火处理,依然是最
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有效的热处理消除残余应力的方法?1。
0.25dam3液化石油气储罐是目前较大型的
卧式储罐,制造工艺要求高,由于受制造厂家退火
图1应变测量点布置
炉长度的限制,0.25dam2储罐无法进行整体退火
工艺,故采用分筒节退火,再对组装环爆缝进行局2测量及计算结果
部退火处理,以消除组装焊缝的残余应力。由于对
残余应力值按下列公式计算
0.25dam3这种大型液化石油气储罐的拼装焊接
r1=-1.3237(s1+e2)-0.6284(s1-82)(1)
的残余应力研究较少,可供借鉴的数据不多。文章
1.3237(83+s2)-0.6284(81ー82)(2)
对环焊缝进行退火前后焊接残余应力进行了测定,
式中:1为平行焊缝方向钻孔释放的应变值,
以分析其退火效果。
收稿日期:2009-09-21;修稿日期:2009-11-09。
1残余应力的测定方法及仪器设备
作者简介:焦建雄(1956-),男,副教授,现在溯南化工学
钻小育孔残余应力释放法实用性强,适于工程院主要从專机械制造工装设计的教学与研究工作。
第2期
焦建雄.大型储罐环焊筵残余应力测定与分析
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10-应变。e2为垂直焊缝方向钻孔释放的应变向为1,周向方向为2)m个测量点残余应力的平均
值,10-°应变。
数值。环焊缝退火前后各测点的释放应变及残余
平均残余应力值o"定义为在方向(环向方应力计算值见表1,2。
表1释放应变測量数据及残余应力计算值
退火前
退火后
测点
残余应力消除
释放应变/10-6残余应力/MPa释放应变/10-6残余应力/MPa
百分比,%
内壁面
轴向
增加
环向
220
370
44.9
轴向
环向
轴向
36
增加
环向
未消除
轴向
未消除
环向
外壁面
轴向
133
增加
环向
46
59.8
6
轴向
56
94
未消除
环向
367
轴向
增加
环向
417
214
50,2
轴向
100
163
增加
环向
504
220
316
37.2
表示该点已不能正常测量。
2退火前后平均残余应力
退火前平均残余应力/MPa
退火后平均残余应力/MPa
外壁
内壁
外壁
轴向
环向
轴向
环向
轴向
环向
轴向
环向
58
370
8
9
126
277
ー123
228
3结果分析
60%。(2)除外壁面第3点外,环向残余应力退火
从表1可以看出,环向残余应力在退火前后均后消除了31.9%~59.5%。(3)轴向残余应力基
大于轴向残余应力,所测结果符合焊接残余应力的本未消除,外壁面环焊缝轴向残余应力在退火前为
基本规律。最大残余应力方向与焊缝长度方向
较小的压应力,经退火后変为较大的压应力。(4
致(该文章的焊缝长度方向为环向),且为拉应力;退火前组装环向焊接残余应力大多数在310
垂直焊缝方向(即轴向)的残余应力远小于平行焊500MPa之间,明显高于罐体其他环焊缝186
缝方向的残余应力,可见测试数据合理。
343MPa的残余应力值(另外测定)。
从表1所列的环焊鏠退火前后的实测值变化
文献[3]对一台0.2dam2液化石油气球罐经
情况可以看出:(1)退火前在外壁面第8点残余应现场组焊后,采用低频振动法消除焊接残余应力
力值最大,达504MPa,退火后其值约316MPa,减应力消除程度为10%~29%,平均约为15%
少了188MPa,降低幅度为37%;退火降低残余应从表2可以看出,退火后内壁面环向平均残余应力
力幅度最大的出现在外壁面第5点,由501MPa降减少27%,外壁面环向平均残余应力减少50%
低到202MPa,减少了299MPa,降低幅度达明显优于文献[3]低频振动法的效果。