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某企業(yè)有兩臺(tái)3000m³液化石油氣球罐，在*一次球罐定期檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)較多裂紋。經(jīng)打磨修復(fù)處理后，間隔3年進(jìn)行第二次開(kāi)罐檢測(cè)又檢出許多裂紋。而導(dǎo)致這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，是焊接殘余應(yīng)力的存在。因此準(zhǔn)確測(cè)量球罐的焊接殘余應(yīng)力，是控制設(shè)備使用條件，延長(zhǎng)使用壽命的重要環(huán)節(jié)。

目前殘余應(yīng)力測(cè)量方法分為有損和無(wú)損兩大類(lèi)，對(duì)于球罐的殘余應(yīng)力測(cè)量，企業(yè)希望采用無(wú)損檢測(cè)，不能傷及球罐本體。而無(wú)損檢測(cè)又分為磁測(cè)法、X射線(xiàn)法、超聲波法等。其中磁測(cè)法和X射線(xiàn)發(fā)展較為完善，但X射線(xiàn)設(shè)備昂貴且笨重，不適合現(xiàn)場(chǎng)尤其是大型球罐殘余應(yīng)力測(cè)量。所以本次利用磁測(cè)法對(duì)兩臺(tái)3000m³液化石油氣罐局部區(qū)域進(jìn)行焊接殘余應(yīng)力測(cè)量。磁測(cè)儀采用聚航科技生產(chǎn)的JH-60三維應(yīng)力磁測(cè)儀。

殘余應(yīng)力測(cè)量方案

標(biāo)定試驗(yàn)

為了測(cè)出實(shí)際結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力，首先要選擇與被測(cè)材料同樣成分，同一熱處理狀態(tài)的試樣做標(biāo)定試驗(yàn)。將試件加工成拉伸試件，并在580±20℃下恒溫40min，然后隨爐降溫，并保證升、降溫速率小于50℃/h，以消除試件加工殘余應(yīng)力。

在材料液壓*能試驗(yàn)機(jī)上，對(duì)試件進(jìn)行定量逐級(jí)加載，應(yīng)用磁測(cè)應(yīng)力儀測(cè)取各載荷下試件電流值得大小，經(jīng)數(shù)據(jù)處理計(jì)算，從而得到該材料在單位應(yīng)力下試件電流變化量，即材料靈敏系數(shù)，以及*佳激磁電流值。

測(cè)試區(qū)域的選擇

測(cè)點(diǎn)布置主要選擇在有可能出現(xiàn)焊接殘余應(yīng)力較大的部位和出現(xiàn)較深或較多裂紋的部位，為了比較殘余應(yīng)力的需要，還要對(duì)殘余應(yīng)力較小的部位進(jìn)行測(cè)試，所以本次選擇測(cè)試區(qū)域的主要原則如下：

• 選在出現(xiàn)裂紋較深或較多的部位，*一次定期檢驗(yàn)時(shí)檢出超標(biāo)裂紋，并進(jìn)行了返修補(bǔ)焊的部位，兩個(gè)球罐選擇了3個(gè)測(cè)試區(qū)域；依據(jù)*一次球罐定期檢驗(yàn)的報(bào)告，選擇存在較長(zhǎng)裂紋缺陷或裂紋較深或裂紋較集中的部位進(jìn)行測(cè)試，兩個(gè)球罐中共選擇了10個(gè)區(qū)域作為測(cè)試區(qū)域；參考第二次定期檢驗(yàn)所作的磁粉探傷及超聲波探傷檢測(cè)結(jié)果，選在裂紋缺陷深度較大的區(qū)域，在2#球罐選擇了兩個(gè)區(qū)域。
• 為了比較出現(xiàn)裂紋缺陷區(qū)域與無(wú)裂紋缺陷區(qū)域的殘余應(yīng)力狀況，依據(jù)*一次定期檢測(cè)報(bào)告，在球罐未發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷部位選取了三個(gè)區(qū)域進(jìn)行測(cè)試。
• 為了了解球殼縱焊縫的焊接殘余應(yīng)力大小以及分布情況，在1#球罐下溫帶C13球殼板與C15球殼板形成縱焊縫作為測(cè)試區(qū)域，測(cè)定此類(lèi)焊縫存在的殘余應(yīng)力。而2#球罐則選在赤道帶A4球殼板和A5球殼板間的縱焊縫，作為測(cè)試區(qū)域。

測(cè)試前對(duì)測(cè)量區(qū)域的表面進(jìn)行打磨處理。然后根據(jù)已確定的測(cè)試方案，根據(jù)測(cè)試區(qū)域內(nèi)測(cè)點(diǎn)之間的距離畫(huà)出網(wǎng)格，以確定每個(gè)測(cè)試點(diǎn)位置。調(diào)試JH-60殘余應(yīng)力檢測(cè)儀，并依據(jù)標(biāo)定試驗(yàn)的結(jié)果，向磁測(cè)儀輸入*佳激勵(lì)電流，將探頭對(duì)準(zhǔn)各測(cè)點(diǎn)，分別測(cè)取各測(cè)點(diǎn)0°、45°、90°三個(gè)方向的電流值。并予以記錄。經(jīng)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)計(jì)算處理，獲得各測(cè)點(diǎn)的殘余應(yīng)力值。

殘余應(yīng)力測(cè)量結(jié)果與分析

根據(jù)確定的試驗(yàn)方案，對(duì)兩臺(tái)球罐的22個(gè)區(qū)域進(jìn)行了殘余應(yīng)力測(cè)量，共形成688個(gè)測(cè)點(diǎn)，處理后得到這些點(diǎn)的殘余應(yīng)力值。并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出了以下三個(gè)結(jié)論：

• 球罐焊縫邊緣殘余應(yīng)力水平

• 綜合試驗(yàn)結(jié)果表明，兩臺(tái)球罐出現(xiàn)裂紋處區(qū)域的殘余應(yīng)力峰值大多數(shù)接近球罐材料的常溫下屈服（σ=305MPa）；
• 不產(chǎn)生裂紋區(qū)域的殘余應(yīng)力峰值一般小于球罐材料常溫下屈服限的60%；
• 球帶中球殼板間形成的縱焊縫的焊接殘余應(yīng)力大小一般小于球殼材料常溫下屈服限的60%。

• 球罐焊縫邊緣殘余應(yīng)力性質(zhì)

根據(jù)兩臺(tái)球罐焊縫殘余應(yīng)力的試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，球罐焊縫殘余應(yīng)力分布較為復(fù)雜；在大多數(shù)情況下，焊縫區(qū)的殘余應(yīng)力值較高，并且為拉應(yīng)力，只有離焊縫較遠(yuǎn)的位置才出現(xiàn)壓應(yīng)力。

• 殘余應(yīng)力分布

從試驗(yàn)結(jié)果表明，此兩臺(tái)球罐殘余應(yīng)力分布有如下特點(diǎn)：

• 在大多情況下，球帶間形成的環(huán)焊縫邊緣存在較大的殘余應(yīng)力，且垂直于焊縫方向的殘余應(yīng)力大于平行焊縫方向的殘余應(yīng)力。
• 從試驗(yàn)結(jié)果得出；球殼環(huán)焊縫的*大殘余應(yīng)力大于球帶內(nèi)各球殼板對(duì)接形成的縱焊縫的*大殘余應(yīng)力。
• 出現(xiàn)裂紋處區(qū)域的殘余應(yīng)力明顯大于檢驗(yàn)中未發(fā)現(xiàn)裂紋區(qū)域的殘余應(yīng)力。
• 根據(jù)殘余應(yīng)力分布圖所示，球罐焊接殘余應(yīng)力具有邊緣應(yīng)力特點(diǎn)，焊縫殘余應(yīng)力呈衰減波分布，且衰減梯度很大，從此次試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)得出：高應(yīng)力峰值均發(fā)生在離焊縫邊緣1個(gè)壁厚范圍內(nèi)。
• 球殼焊縫區(qū)的殘余應(yīng)力明顯大于母材的殘余應(yīng)力。

結(jié)論

• 從測(cè)試結(jié)果得出；兩個(gè)球罐在焊縫邊緣局部區(qū)域產(chǎn)生裂紋，與球罐本身該區(qū)域存在較大的焊接殘余應(yīng)力有著直接關(guān)系。
• 產(chǎn)生裂紋區(qū)域殘余應(yīng)力*大峰值明顯的大于未產(chǎn)生裂紋區(qū)域的殘余應(yīng)力峰值，產(chǎn)生裂紋區(qū)域殘余應(yīng)力*大峰值已接近材料的常溫下屈服極限；球罐焊縫區(qū)的殘余應(yīng)力大于母材區(qū)的殘余應(yīng)力。
• 為了消除球罐的安全隱患，需要對(duì)球罐裂紋較多的區(qū)域進(jìn)行消除應(yīng)力處理，降低或均化焊接殘余應(yīng)力，確保球罐的安全使用。