冷旋壓制造壓力容器封頭是一種已被國內(nèi)外確認(rèn)和廣泛應(yīng)用的工藝，旋壓法工裝簡單，適用范圍廣，可有效降低成本，提高利用率。但冷旋壓法加工的封頭會產(chǎn)生冷加工殘余應(yīng)力，并且大型平管板封頭一般由兩塊鋼板拼焊而成，折邊部位半徑往往較小，采用冷旋壓法生產(chǎn)，其焊接殘余應(yīng)力與折邊段冷加工殘余應(yīng)力疊加，容易發(fā)生意外。因此，受廠家委托，我們需要對一塊冷旋壓法生產(chǎn)的平管板封頭進行殘余應(yīng)力測量試驗。

試驗工件詳情

此工件是大型燃油鍋爐經(jīng)拼板焊接和冷旋壓加工制造而成的平管板封頭，直徑大于2m，厚度為22mm。

管板材料符合規(guī)定和圖樣要求，外觀檢查下允許存在裂紋、氣泡、結(jié)疤、折疊、夾雜和分層等缺陷；外觀檢查合格后，在要經(jīng)旋壓的圓環(huán)范圍內(nèi)進行了超聲波探傷以確認(rèn)此范圍沒有非金屬夾雜物、裂紋、氣泡、分層等缺陷才劃線開料，再經(jīng)坡口加工、組隊焊接、磨平焊縫及修整光滑后將胚料在水壓機上壓鼓成型，后在旋壓機上采用冷旋壓翻邊方式加工制造而成實驗用管板。

試驗方法及儀器

采用盲孔法測殘余應(yīng)力，儀器采用JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀，JHZK殘余應(yīng)力鉆孔裝置，盲孔孔徑為2mm，孔深2.5mm。

測點布置及測量步驟

鉆孔測點布置重點應(yīng)放在拼板焊縫上、冷旋壓的折邊部位及管子與管板焊接的根部。

測試分3次進行，第一次是將經(jīng)拼焊、磨光、壓鼓及冷旋壓成型后的平管板封頭不經(jīng)過應(yīng)力消除，測點布片后進行殘余應(yīng)力測量。第二次在此管板基礎(chǔ)上對半邊管板進行劃線、鉆孔及焊上Φ70*3的管子，在管子與管板的焊接部位及管橋處貼片，進行該處的殘余應(yīng)力測量。上述兩次測試完畢后，將此管板進行應(yīng)力消除，消除應(yīng)力后再對此管板原測點的對稱位置進行殘余應(yīng)力測量。

總結(jié)

• 拼焊平管板封頭在冷旋壓過程中，折邊形狀和直邊部位在旋壓的環(huán)向壓縮應(yīng)變作用下形成，并經(jīng)受了劇烈的應(yīng)變，因此冷旋壓卸載后這兩個部位的殘余應(yīng)力大，尤其在平管板拼焊縫與冷旋壓壓輥作用處，其殘余應(yīng)力已超過材料的屈服點，要求制造廠主要備料，旋壓機要精心操作，焊縫一定要打磨光滑，達到成品封頭質(zhì)量要求的標(biāo)準(zhǔn)，并考慮中間消除應(yīng)力的必要性；
• 管子和管板焊接根部及管橋處，殘余應(yīng)力普遍較高，當(dāng)它們位于管板拼板焊縫上時，殘余應(yīng)力成倍增加，說明鋼板經(jīng)拼焊后進行消除應(yīng)力的必要性。
• 消除應(yīng)力后，殘余應(yīng)力普遍降低，尤其是原來殘余應(yīng)力較大處，應(yīng)力消除效果非常明顯，管板折邊段及直邊段應(yīng)力消除達96.2%；管子與管板焊接根部及管橋應(yīng)力消除達40%~85%，說明冷旋壓后，尤其是焊管后進行消除應(yīng)力是很有必要的。