有關(guān)管板與殼體連接焊接接頭失效的結構因素分析論文
熱交換器產(chǎn)品中的固定式不帶法蘭的管板與殼體的連接焊接接頭是產(chǎn)品上的主要焊接接頭,制造過(guò)程中焊接接頭內部組織的缺陷,如夾渣、氣孔、未熔合、未焊透、裂紋以及組織粗大等,將影響焊接接頭的機械性能,也影響產(chǎn)品使用的可靠性,給使用單位帶來(lái)不必要的經(jīng)濟損失,是個(gè)不可忽視的問(wèn)題。通過(guò)對焊接接頭性能影響因素的分析和實(shí)驗,調整相應的結構參數和焊接工藝參數,防止焊接接頭缺陷的產(chǎn)生,提高接頭機械性能,從而提高產(chǎn)品的使用壽命,減少損失,節約了材料。
1 問(wèn)題的提出
在產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中,焊接結構參數、焊接工藝參數、焊接前的準備和操作方法等因素都會(huì )影響焊接接頭的質(zhì)量,在焊接時(shí)就要通過(guò)控制相關(guān)技術(shù)參數來(lái)控制焊接接頭內部質(zhì)量,盡可能提高焊接接頭的機械性能。在諸多技術(shù)因素中以結構參數和焊接工藝參數對焊接接頭質(zhì)量影響最大,為此,坡口尺寸變化對焊接接頭質(zhì)量的影響及焊接工藝參數對焊接接頭質(zhì)量的影響是本課題的主要內容。
通過(guò)研究不同尺寸的坡口用相同焊接工藝參數下焊成的接頭在焊接接頭組織、機械性能、焊接應力分布的變化;比較對焊接接頭質(zhì)量影響最小的結構尺寸,選出最優(yōu)技術(shù)參數。
2 坡口尺寸的確定
產(chǎn)品的設計坡口尺寸如圖1所示,其中,管板車(chē)邊尺寸為0.25δ,與殼體組對后坡口間隙為0.4δ1,具體根據不同的板厚在國家標準中有明確的規定。
本課題根據中生產(chǎn)單位的實(shí)際情況,δ和δ1的取值如表1。根據表中的數據,按《鋼制壓力容器》標準的有關(guān)規定,可以分別計算出管板車(chē)邊尺寸和坡口間隙尺寸,也列于表1中。
在本次試驗中,為了減少工作量,試件的坡口組對成大小端,最大值取6mm,最小值取1mm。雖然該值與國家標準的要求有出入,但符合焊接工藝中保證焊接接頭質(zhì)量的有關(guān)要求,對試驗結果的正確性影響不明顯。
3 模擬試驗與檢測
為保證結構參數對焊接接頭的組織、應力和機械性能等方面影響的試驗結果準確,在焊接過(guò)程中,要求焊接工藝參數保持不變。
本試驗的試件結構與產(chǎn)品實(shí)際使用的結構相近。對焊接接頭的檢測主要包括焊接接頭熱影響區應力值、機械性能測試和熱影響區組織分析。
3.1應力測試
應力測試時(shí)采用了應力釋放法。
通過(guò)焊接接頭區或焊接熱影響區某點(diǎn)處的應變量測試,計算出該點(diǎn)的應力值。用此法檢測比較簡(jiǎn)單,所需測試設備簡(jiǎn)便。雖然數據不夠準確,但同一試件測試的數據有對比性,對本課題來(lái)說(shuō)完全符合要求。
測試時(shí),為使焊接熱影響區的應力相對準確且有對比性,試驗時(shí)選焊接接頭焊趾兩側5mm處平行于焊接接頭中心線(xiàn)的直線(xiàn)上作為測試焊接應力的位置,并以5mm的間距為一測試點(diǎn),兩側兩端各測6點(diǎn)。
3.2機械性能測試
應力測試后的試件用機械加工的方法加工成拉伸試樣,測試其機械性能。
4 數據分析
4.1測試點(diǎn)應力與焊接接頭距離的關(guān)系
以上數據表明,離焊接接頭不同的距離的各點(diǎn)間的應力是不同的。離熔合線(xiàn)越近,應力值越大;離熔合線(xiàn)越遠,應力值越小。表明高溫區更易產(chǎn)生較高的應力。
4.2坡口間距對應力的影響
坡口間距對應的影響也較為明顯,從表中可以看出,坡口間距越大,應力值也有明顯的增大,最大間隙處應力值(為最小間隙處應力值的3.5倍左右)。從理論上分析,坡口越大,需填充的金屬越多,焊接時(shí)熱作用時(shí)間越長(cháng),溫度也越高,因而產(chǎn)生更大的應力。
4.3坡口間距對機械性能的影響
可以看出,坡口間距對機械性能的影響較小,但坡口間距對缺陷有較大的影響。兩個(gè)試樣都做了宏觀(guān)金相檢查,坡口間距越小,未焊透缺陷傾向增加。所以,坡口間距間接地影響了焊接接頭的強度,降低疲勞強度。
5 金相分析
在相應的最大坡口端和最小坡口端,分別取試樣進(jìn)行金相分析,對比母材金相,組織變化差異很小�？梢�(jiàn),因所用材料為普通碳素結構鋼(管板和筒體材料都選用了Q235-B),這類(lèi)材料的組織在加熱時(shí),長(cháng)大傾向并不明顯�？梢哉J為,坡口間距對焊接接頭及熱影響區金屬組織的影響是不大的�；蛘哒f(shuō),因焊接接頭及熱影響區金屬組織所引起的焊接接頭失效現象的因素要比焊接缺陷和應力變化所產(chǎn)生的影響小得多。
6 結論
通過(guò)以上分析,造成管板與殼體連接焊接接頭失效的重要因素中,坡口尺寸大小是其中之一。因為坡口尺寸大小對焊接接頭內部缺陷的產(chǎn)生及熱影響區的焊接殘余應力大小有著(zhù)重大的影響,坡口越大,焊接缺陷產(chǎn)生的可能性增加,焊接殘余應力增加。在焊接實(shí)踐中,可以通過(guò)選擇合適的坡口尺寸,配以合理的焊接工藝參數,盡可能降低焊接接頭及熱影響區的焊接殘余應力,則可以減少此類(lèi)失效現象的發(fā)生,從而減小生產(chǎn)中的經(jīng)濟損失。
參考文獻
[1]霍立興.焊接結構的斷裂行為及評定[M].北京:機械工業(yè)出版社,2000,6.
[2]全國壓力容器委員會(huì )標準化委員會(huì ).GB150-1998,鋼制壓力容器[S].
[3]全國壓力容器委員會(huì )標準化委員會(huì ).GB151-99,管殼式換熱器[S].
[4]陳祝年.焊接設計簡(jiǎn)明手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,1997,3.
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