某機(jī)械廠制造了一臺(tái)大型液氨貯槽，由于受當(dāng)時(shí)熱處理爐能力的限制，沒(méi)有進(jìn)行焊后消除應(yīng)力處理，制造完畢后僅露天自然時(shí)效10個(gè)月就投入使用。因此，需要對(duì)其進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)試，了解其殘余應(yīng)力分布狀況。
貯槽簡(jiǎn)況
液氨貯槽全長(zhǎng)為13.324m，容積為48m3，設(shè)計(jì)壓力2.2MPa，操作壓力1.6MPa，由8條環(huán)焊縫和14條縱焊縫組焊而成。兩端為橢圓形封頭，主體材料為16MnR。
殘余應(yīng)力測(cè)試概況
本次實(shí)驗(yàn)采用盲孔法對(duì)液氨貯槽進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)試，所用儀器為聚航科技生產(chǎn)的JHMK殘余應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)，由JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀和JHZK專(zhuān)用鉆孔裝置組合而成。
布片原則：1.在筒體環(huán)焊縫和橢圓封頭上焊縫相交處，應(yīng)變梯度大，殘余應(yīng)力值較高處；2.筒體上最后一道環(huán)焊縫，了解環(huán)焊縫上最大縱向拉應(yīng)力σx值；3.小接管閉焊縫處，拘束度大，了解其拘束應(yīng)力狀況；4.人孔加強(qiáng)圈附近的縱焊縫與環(huán)焊縫的相交附近殘余應(yīng)力水平；5.母材上布了一個(gè)測(cè)點(diǎn)，是為了了解母材鋼板冷卷后殘余應(yīng)力水平。
測(cè)試結(jié)果及分析
下圖是實(shí)測(cè)殘余應(yīng)力值與理論計(jì)算值
殘余應(yīng)力分布規(guī)律
由于測(cè)點(diǎn)分布在液氨貯槽的焊縫上、貼合線上以及近縫區(qū)，即布在殘余應(yīng)力拉伸區(qū)范圍內(nèi)。因此，測(cè)點(diǎn)的縱向殘余應(yīng)力σx平均值偏高，接近或達(dá)到材料的屈服極限，個(gè)別點(diǎn)的σx超過(guò)屈服極限20%，其應(yīng)力分布符合理論上的分析。也就是說(shuō)，最大值在焊縫的熔合線上，且受拉應(yīng)力，偏離焊縫中心后逐漸縮小，最后為壓應(yīng)力。該液氨貯槽的最高縱向殘余應(yīng)力值σx在圓筒形殼體上最后一道環(huán)焊縫上。另外，圓筒形殼體與橢圓形封頭相交處，經(jīng)返修補(bǔ)焊過(guò)的焊縫熔合線上的殘余應(yīng)力也相當(dāng)高。
誤差分析
1. 測(cè)量的基本誤差包括系統(tǒng)誤差和偶然誤差，包括應(yīng)變片、應(yīng)變儀和鉆孔三個(gè)方面。測(cè)試過(guò)程中，室外氣溫較高，對(duì)應(yīng)變儀的精度有一定的影響，加之應(yīng)變片的粘貼質(zhì)量、鉆孔引起的誤差等。
2. 特殊誤差：鉆孔后，孔邊局部材料屈服，產(chǎn)生塑性變形，導(dǎo)致測(cè)量的釋放應(yīng)變偏大，因而引起測(cè)量的計(jì)算應(yīng)力偏高。個(gè)別點(diǎn)的殘余應(yīng)力高于材料的屈服極限。這將嚴(yán)重降低測(cè)量精度，屬于特殊誤差。這是其一、其二是被測(cè)工件表面或厚度方向存在應(yīng)力梯度，盲孔法測(cè)定中采用的應(yīng)變花都具有一定的尺寸，測(cè)得的釋放應(yīng)變是代表應(yīng)變片面積上的平均釋放應(yīng)變值，由于被測(cè)工件表面存在應(yīng)力梯度，采用測(cè)量應(yīng)變片位置的釋放應(yīng)變值計(jì)算得到的應(yīng)力值來(lái)代表圓孔中心位置的殘余應(yīng)力存在一定的誤差，誤差的大小與應(yīng)力梯度有關(guān)。
結(jié)論
實(shí)測(cè)殘余應(yīng)力值與理論計(jì)算值基本相符，表明測(cè)試結(jié)果可靠，殘余應(yīng)力的大小及分布規(guī)律與理論上的分析是一致的。對(duì)于未經(jīng)消除應(yīng)力處理，在自然時(shí)效10個(gè)月的液氨貯槽，近縫區(qū)的實(shí)際焊接殘余應(yīng)力仍然很高。建議采用振動(dòng)時(shí)效法來(lái)降低殘余拉應(yīng)力σx，此方法適合大型復(fù)雜零件，操作簡(jiǎn)單，省時(shí)省力，消除率高。另外，如有可能，采用便攜式電解拋光裝置對(duì)容器表面進(jìn)行處理，減輕表面砂輪打磨引起的誤差。
