储气罐焊区残余应力测试

王增勇

徐彦霖刘尊伟刘颖

　　高压储气罐是由两个锻造成形的上、下半球壳经机械加工后，由电子束焊对接焊接而成的长圆椭球形薄壁容器，所用材料为

HR2。其对接法兰在焊接前后必然存在一定量的加工残余应力。残余应力的存在对焊接结构件的抗疲劳性能及强度都会产生不良影响。本实验是利用X射线实验应力分析技术的2q - sin^2y法，对储气罐焊缝区的焊前、焊后应力值进行比较研究。通过对工件的加工残余应力进行监控以分析和预测储气罐容器的机械性能。

　　在测试中通过精选X2001型应力分析仪的测试参数，控制测点的水平定位，并采用两个对称位置上的高灵敏度线性固态图像探测器进行数据采集，衍射强度轮廓的漂移利用互相关方法的一个或多个倾斜入射光束的德拜环直径加以确定。这些方法使测试精度大为提高，数据重复性较好。通过对不同批次的7组储气罐上下件法兰边的机加残余应力进行对比测试发现：在机械加工过程中，虽然加工工艺相同，由于操作参数的不确定性，使上下件的残余应力值差异较大，其总分布为200～700MPa。

　　在储气罐焊后对焊缝中心及其两侧热影响区的残余应力进行测试。测试结果表明：（

1）在焊前具有一定的受拉初应力的工件，在进行电子束焊接时，由于受拉初应力的作用，使焊区温度迅速超过600℃的部分金属易于达到塑性状态并相互融合，使其中的应力降低以致初应力状态的内力平衡遭到破坏，导致应力重新分布，在冷却时产生新的应力状态。而热影响区的材料也因温度升高而产生一定程度的塑性变形使其应力发生松弛，使焊后应力值较焊前有不同程度的降低，并因夹具夹紧程度的不同而使一些焊缝中心的残余应力性质改变为压缩应力。这说明焊缝中心的残余应力值除了与焊前的残余应力状态有关外，还与焊接参数和夹具的夹紧程度有关。（2）储气罐焊缝区的残余应力分布呈U形分布，即焊缝中心应力值较低，热影响区的应力值较高，其值一般在400MPa以内，都远小于材料的屈服强度值（s_s约450MPa）。测试结果说明该类储气罐具有较安全的使用性能。

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