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焊縫余高的作用與危害

發布于:09-11 文章來源:微信公眾號

定義


下圖ei1與e2部分即為余高。余高既是焊接工藝的需要,又對容器的安全運行,尤其是疲勞壽命產生一定的影響。

作用


壓力容器的焊接多為多道焊(如手工焊、自動焊),后焊的焊道相當于對前一焊道起到保溫、緩冷與回火的作用,對前一焊道晶粒進行細化。余高相當于對最外一層強度焊道起到了保溫、緩冷與回火的作用,因此余高是焊接工藝的需要。

危害


接頭焊好后,余高的工藝作用即完成,此后余高的存在將對容器的運行安全產生某些不利的影響。曾經日本人做了兩組試驗容器,一組焊后把余高修磨掉,使焊縫與母材表面齊平一致,稱為去除余高組;


另一組焊好后未做任何處理,稱為保留余高組。這兩組容器在同樣工況條件下進行壓力疲勞試驗,以比較其疲勞壽命。試驗結果表明,保留余高組的容器先壞,兩組的平均疲勞壽命相差2.1倍~2.5倍。


我國曾進行過三層熱套模擬容器的壓力疲勞試驗。該試驗容器內徑350mm,每層由厚6mm的15MnVR鋼板卷焊而成。該容器由于內徑較小,焊完后焊縫表面未加處理,只因測定應力粘貼電阻應變片的需要,而將內表面縱焊縫的一段修磨了。


該容器經壓力疲勞試驗后泄漏,將其解剖并進行磁粉檢測,發現在內層筒內、外表面縱焊縫一側的熔合線均有磁痕顯示,說明該層縱焊縫已裂穿,而唯獨修磨處完好無損,內、外表面均無磁粉堆積。


疲勞破壞一般要經歷三個過程:生核(即產生疲勞裂紋源),疲勞裂紋的擴展和斷裂。焊縫表面難免會存在某些缺陷,如咬邊、裂紋、夾雜、未焊滿等,這些焊接缺陷都可能成為疲勞裂紋源。


此外,余高的存在破壞了焊縫表面幾何形狀的連續性,會因外形突變產生附加彎矩,造成較高的局部應力,這些因焊接缺陷而形成的裂紋源,將在局部應力作用下加速擴展直至斷裂。


如果焊后采用修磨等方法將余高去除,不僅使焊縫外觀與母材保持一致,消除了產生局部應力的根源,同時消除了焊縫表面可能存在的各種焊接缺陷,因而要經過漫長的生核和緩慢的擴展過程,才可能產生疲勞斷裂。


要求


由于余高的存在將縮短容器的疲勞壽命,因此,國內、外標準均規定,凡需疲勞分析設計的容器均應將余高去除,使焊縫表面與母材表面保持齊平一致。


對無需疲勞分析設計的容器,國內、外絕大多數標準均允許一定量的余高存在(這一允許量一般以不影響無損檢測操作為準),只有日本勞動省的標準《壓力容器構造規范)規定應將余高去除,使焊縫表面與母材表面齊平,否則應降低焊接接頭系數。


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