压力容器焊缝错边残余应力测试与载荷应力测试研究

压力容器在制造过程中会产生焊接残余应力，焊接残余应力对焊接构件的疲劳强度、脆性断裂、耐应力腐蚀及裂纹扩展均有明显的影响。本次研究是对压力容器错边和不错边的焊接接头进行了残余应力测试，确定了焊接残余应力的大小及方向，并在加载的条件下，对各焊接接头测点进行了综合应力测试，给出受载条件下的应力分布。

测点选择

测试的两个试件用Φ325*8的无缝钢管焊接而成，预先控制错边量，使错边焊缝远离约束，以求减少对测试的影响，焊接与检验规范按GB150-1998进行。使用两个试件是为验证测试数据的重复性，残余应力测试采用盲孔法。试件尺寸及结构见图1，容器编号及焊缝代号见表1。

测点的选择是考虑在测试载荷应力时，应力方向为已知，可等距布置90°直角应变花；对焊接残余应力测试采用45°应变花，既可以测出应变，又可测出焊接残余应力的方向。残余应力的测点布置在焊缝上，与载荷测试应变片距离相等。每个测点布置的距离间隔为50mm。坐标选定为，沿容器轴线为x方向，沿焊接接头方向为y方向。

应力测试

焊接残余应力测试

测试焊接残余应力的应变花标距为2*4mm，三轴，每条焊缝布置两片。仪器采用JHMK残余应力测试仪，由JHYC静态应变仪和JHZK残余应力钻孔装置组合而成，钻孔装置钻孔边缘距丝栅2mm，孔径2mm，孔深2.5mm。标定材料用20g钢板，标定系数A=3.34*10^-6，B=1.87*10^-6。

载荷应力测试

测量载荷应力的试验介质为水，1#和2#两个试件分别在P=3.0MPa和P=2.0MPa加载进行试验。

数据结果分析

1. 焊接残余应力的分布不均匀，焊缝错边量大的区域焊接残余应力也大，焊接残余应力的方向与焊缝轴线均存在一个夹角，角度范围大多在10°~20°之间，形成主应力方向分散的原因是与约束程度有关，此试件是用钢管焊成，无纵焊缝，约束程度与有纵焊缝的容器相比相对小些。

2. 残余应力的值δ_x大于δ_y，且多处于拉应力状态，结合焊接裂纹出现的情况来看，大多数焊接裂纹与焊缝大致平行，主要是δ_x作用的结果。

3. 加载测试的过程中，测试值中焊接残余应力与载荷应力叠加后的数值不是很大，这可能是残余压应力与载荷应力作用的结果。

4. 错边量大的焊缝载荷应力数值高应该是错边焊缝引起的附加弯曲应力所致。置于焊接残余应力作用的影响有待进一步探讨。

5. 从T2和T3焊缝测试结果看出；残余应力在载荷应力中体现不甚明显，但焊接残余应力确实存在于焊接接头中，它对容器的脆性断裂，低周疲劳断裂，以及应力腐蚀开裂的影响是明显的。

总结上述分析，有必要对压力容器的焊接残余应力进行控制和消除。