挖補焊接殘余應力測試方法

在化工設備的檢修或應急修補過程中，有些企業(yè)會采用挖補焊接的方法。特別是在管殼式換熱器的應急堵管過程中更為常見。通常的做法是在封頭管箱的相應部位氣割一個近似圓形的孔，實施堵管后，再將氣割下來的一塊材料焊接上去。由于只能從單面焊接，小割料不好制備坡口，現(xiàn)場的焊接位置也不是很好，極易出現(xiàn)焊不透、夾渣、融合不好等焊接缺陷；又由于這種焊接是在周圍外板的約束下形成的封閉焊縫，焊接接頭受到很強的約束，產(chǎn)生相當高的焊接殘余應力。在設備運行時，焊接殘余應力與設備承載時產(chǎn)生的應力相疊加，挖補部位的安全性將大大降低，所以有必要對挖補部位進行焊接殘余應力測試。

焊接殘余應力影響

對應力腐蝕破裂的影響

殘余應力對應力腐蝕破裂有顯著影響，由于應力腐蝕破裂是不加任何外載荷就能發(fā)生的現(xiàn)象，特別是在一些特殊介質(zhì)中如：NaOH溶液、NaOH+NaSiO₃溶液及液氨等介質(zhì)中。對于常用材料即使其總應力水平不超出破裂區(qū)域，應力腐蝕破裂也會發(fā)生。

對脆性斷裂的影響

一般情況下，裂源一旦形成，即使在低應力下也會擴展，而挖補焊縫正好符合這種情況，既存在缺口，又存在較高的殘余應力。在載荷作用下，極易發(fā)生脆性斷裂。

挖補焊接殘余應力測試方法

在標準橢圓封頭上進行切割焊接，材質(zhì)Q235-A。采用氧一乙炔焰切割，大致為圓形，切下來的一塊材料砂輪打磨坡口，手工電弧單面多層焊接，焊縫余高0-1mm。

此次殘余應力測試方法采用盲孔法，盲法法測殘余應力就是在工件上鉆一小通孔或不通孔，以釋放被測點的殘余應力，并由事先貼在孔周圍的應變片測得釋放量，再根據(jù)彈性力學原理計算出殘余應力。鉆孔的直徑和深度都不大，屬于微創(chuàng)檢測方法，不會影響被測構件的正常使用，而且這種方法具有較好的精度。

測試儀器

為了解應力分布，兩個挖補位置均采用沿長徑密集布片，雙向箔式應變花BE-120型，儀器采聚航科技的JHMK殘余應力測試系統(tǒng)，由JHYC靜態(tài)應變儀和JHZK精密鉆孔裝置組成。儀器軟件式操作，多點測量，精度高，測量結(jié)果準確。

測試結(jié)果及分析

圖1就是兩個測試件的應力分布，由數(shù)據(jù)可得出以下結(jié)論：

1. 從兩個挖補試件的測試結(jié)果來看，殘余應力的分布與挖補板直徑的大小成正比，并且殘余拉應力的作用范圍大約在3倍半徑之內(nèi)。

2. 徑向殘余應力σ_r和切向殘余應力σ_θ的峰值均在焊縫內(nèi)，并且σ_θ大于σ_r。

3. 由于周邊約束，挖補板承受較高的殘余拉應力。

總結(jié)

采用盲孔法可檢測挖補部位焊接殘余應力，由以上數(shù)據(jù)分析認為，對于一般化工設備盡量不要用挖補的方法修理，對于有腐蝕性介質(zhì)的設備更要嚴格控制。當不得已采用挖補時，則應在焊接前仔細打磨坡口，由持有反面成形考試合格的焊工施焊。有條件的話，應采用氬弧焊打底，做到焊透、焊實。焊前明火200-250℃預熱，可適當降低殘余應力，盡管如此，也應嚴格限制挖補焊接。