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鋼制壓力容器等焊接承壓構件在沒有進行消除應力前普遍存在著焊接殘余應力。研究表明，壓力容器等焊接結構的環(huán)焊縫、縱焊縫、人孔加強圈焊縫，接管環(huán)焊縫區(qū)以及焊接接頭熱影響區(qū)的焊接殘余應力較為嚴重。本文對鋼制壓力容器縱焊縫和環(huán)焊縫的殘余應力進行測試，采用鉆孔法檢測殘余應力，分析焊接殘余應力的分布規(guī)律及相關影響因素。

對焊接殘余應力進行測試

分汽缸尺寸Φ426*1250，設計壓力為1.6MPa，材質(zhì)Q235-B，標準橢圓封頭，制造校圓時有錘擊現(xiàn)象，A、B類焊縫均開單V形坡口，手工電弧焊，水平位置多層焊接，縱縫背面封底，焊材E4303。

環(huán)焊縫、縱焊縫殘余應力測試分布情況，σ_x和σ_y兩向焊接殘余應力以焊縫中心基本對稱，殘余應力的峰值縱焊縫170N/mm²；環(huán)焊縫185N/mm²，分別為屈服強度σ_x的72%和78.8%。且環(huán)焊縫的焊縫殘余應力分布對稱性較好，與試板結果相比規(guī)律基本相同。縱焊縫的焊接殘余應力分布對稱性相差，可能與卷筒錯邊、錘擊及約束有關。沿著焊縫長度上焊縫中心的應力均為拉應力，離開焊縫兩側(cè)30-40mm為壓應力，*大壓應力達到80.5N/mm²，由于粘貼應變時對焊縫進行了打磨，因此釋放一部分殘余應力，且不是把所有焊縫余高打磨干凈，則有的測點可能受到影響。

承壓洗滌塔焊縫殘余應力測試

承壓洗滌塔直徑Φ1800，設備材質(zhì)為16MnR，雙面手工電弧焊，水平位置，焊條型號為E5015或E5016。根據(jù)GB150-89鋼制壓力容器進行制造、檢驗和驗收。焊前不預熱，焊后不進行消除應力處理。

設備縱焊縫殘余應力測試結果，縱焊縫殘余拉應力峰值238N/mm²為16MnR材料的σ_s的76.4%；設備環(huán)焊縫與縱焊縫丁字焊縫接頭處的殘余應力測試結果可知，顯示在丁字縫區(qū)域，焊接殘余拉應力的*大峰值超過360N/mm²，超過母材屈服極限，并在丁字焊縫的一側(cè)呈現(xiàn)出焊接殘余應力分布的無規(guī)律性，*大壓應力達到115N/mm²，與焊縫垂直及平等的兩向應力無對稱性，有資料表明，應力峰值超過母材屈服極限的原因可能是制造過程中加工硬化所致。

測試標定的誤差

A. 測試殘余應變時的標定是單向拉伸試板上進行的，現(xiàn)在人們在計算平面應力狀態(tài)的焊接殘余應力時，應變-應力的換算也是通過上述標定結果，與工程實際存在差異。

B. 在對壓力容器進行焊接殘余應力測定時，使用雙向應變花是在假定殘余應力的方向雖與焊縫平等或垂直，但是從三向應變花測出的結果來看，殘余應力的方向并不是僅沿這兩個方向中，而呈現(xiàn)出不規(guī)則性，主方向與焊縫方向的夾角*大可達26°，說明焊縫中即便出現(xiàn)裂紋也不會僅沿焊縫方向或垂直于焊縫方向發(fā)生和擴展，可能的裂紋會垂直于所在區(qū)域的主應力方向并隨方向擴展。

C. 在實際焊接結構中，由于剛性約束的結果，使測試的部分結果呈現(xiàn)不規(guī)則性；鉆孔時產(chǎn)生的熱而顯示的應變無法*恢復，也影響了焊接殘余應變的測試。

殘余應力分布特點

從測試結果來看，焊接殘余應力的分布在焊縫處明顯大于母材；平行于焊縫的殘余應力大于垂直焊縫的殘余應力；在有丁字焊縫的一側(cè)，殘余應力疊加。

通常情況下，焊縫及其附近區(qū)域的殘余應力為拉應力，遠離焊縫區(qū)域為壓應力。焊接殘余應力在范圍與構件或設備的整體尺寸屬于同一數(shù)量級，拉壓自相平衡。

結論

通過對焊接殘余應力的測試和分析可知，焊接殘余應力的分布規(guī)律主要取決于焊接線能量、焊接接頭形式、焊接母材厚度，構件結構形狀及焊接約束情況。進一步探討焊接殘余應力的大小及分布規(guī)律的因素，測試大量不同焊接和約束狀況的構件后，需要分析結論。