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大型液化石油气储罐焊接残余应力测试研究

南京聚航科技有限公司2024年3月8日 2:15 点击:343

250m3液化石油气罐是较大型的卧式储罐,其制造工艺要求高。由于受厂家退火炉长度的限制,250m3储罐无法进行整体退火工艺,故采用分筒节退火,再对组装环焊缝进行局部退火处理,以消除组装焊缝的残余应力。本文采用盲孔法对环焊缝进行退火前后焊接残余应力测试,分析局部退火工艺效果。

残余应力测试原理及应用仪器

采用盲孔法测试焊缝残余应力,就是在有残余应力的部位钻一个小孔,因小孔附近的残余应力被释放,孔区附近的残余应力场发生变化,只要测出该局部区域的应变变化量,即可计算出钻孔处释放前的残余应力值。

仪器采用南京聚航科技有限公司的JHMK多点残余应力测试系统,由JHYC静态应变仪和JHZK钻孔装置组成。在软件进行设置后,自动实时计算残余应力,并实时显示和保存应力应变数值,测量结果直观明了。

测点的选择:由于只有一条组装环焊缝,焊缝两面焊成型,故在罐体内壁及外壁焊缝上对应并对称各分布四个测点。

测量结果分析

从表1可以看出,环向残余应力退火前后均大于轴向残余应力,测量结果符合焊接残余应力的基本规律:最大残余应力方向与焊缝长度方向一致,且为拉应力;垂直焊缝方向的残余应力远小于平行焊缝方向的残余应力,因此测试数据是合理的。

 

测点

退火前

退火后

消除率

释放应变

残余应力

释放应变

残余应力

内壁面

1

轴向

85

-13

-24

114

增加

环向

-220

370

-96

204

44.9

2

轴向

16

14

/

/

/

环向

-65

116

/

/

/

3

轴向

36

52

-12

140

增加

环向

-176

319

-168

336

未消除

4

轴向

18

121

-11

123

未消除

环向

-225

427

145

291

31.9

外壁面

5

轴向

110

-9

120

-133

增加

环向

-296

501

-146

202

59.8

6

轴向

110

-56

94

-97

未消除

环向

-228

367

-125

179

51.5

7

轴向

88

-1

103

-101

增加

环向

-245

417

-143

214

50.2

8

轴向

100

-9

162

-163

增加

环向

-294

504

-220

316

37.2

 

从表1所列的环焊缝退火前后的实测值变化情况可看出:

1. 退火前,外壁面第8点残余应力值最大,达504MPa,退火后,其值约316MPa。减少了188MPa,降低幅度为37%;外壁面第5点是退火降低残余应力幅度最大的,由501MPa降低到202MPa,减少了299MPa,降低幅度达60%。

2. 除外壁面第3点外,环向残余应力退火后消除率为31.9%-59.5%;

3. 轴向残余应力基本上没有消除,外壁面环焊缝轴向残余应力在退火前为较小的压应力,经退火后变为较大的压应力。

4. 退火前组装环向焊接残余应力大部分在31-500MPa之间,明显高于罐体其他环焊缝186-343MPa的残余应力值。

将表1的残余应力值在退火前后的对比用图1表示,取消退火后无法正常测量的第二点,1、3、4为内壁测量点,5、6、7、8为外壁测量点,测量点分界线与残余应力分界线将图1分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4个区域。

1 组装环焊缝残余应力在退火前后的对比

大型液化石油气储罐.png 

从图1可以看出;高残余应力区出现I区,原因之一是环焊缝内壁焊缝坡口比外壁坡口小的多,而且外壁焊缝冷却速度比内壁快。其退火降低残余应力效果非常明显,降幅在37%-60%之间,平均降幅达50%。

轴向残余应力值在退火后增大,最大增幅可达170MPa,该残余应力不是最大残余应力,可能对焊缝抗疲劳、抗应力腐蚀有利。

组装环焊缝的残余应力高于其他环焊缝,主要是因为采用强制对接,两个筒节强行对中后进行焊接,而且筒体内壁面只能手工焊接。

结论

由以上数据表明,盲孔法可用于液化石油气储罐组装环焊缝的残余应力测试中,所测结果符合焊接残余应力的基本规律,测试数据合理。高残余应力区出现在外壁面环向方向上,其退火后残余应力降幅在37%-60%之间,最大减幅达299MPa,平均降幅50%;退火后内壁面环向平均残余应力减少27%。整个环焊缝局部退火工艺可消除30%-60%的环向残余应力应力值,其效果非常明显,达到了消除焊接残余应力的要求,储罐两筒节的组队滑焊缝,残余应力值比罐体其它环焊缝的残余应力值要大,应注意改善焊接组对的工艺方法。


(来源: 南京聚航科技有限公司


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