核輔助系統(tǒng)管道焊縫模擬件殘余應(yīng)力分布測(cè)試

梁青松

【摘 要】本文采用盲孔法針對(duì)核輔助系統(tǒng)管道焊縫模擬件進(jìn)行了殘余應(yīng)力分布測(cè)試，分析了不同結(jié)構(gòu)的焊接接頭殘余應(yīng)力分布情況。結(jié)果表明：焊縫區(qū)的殘余應(yīng)力水平較高，騎座式接頭的殘余應(yīng)力高于直管對(duì)接接頭的殘余應(yīng)力。

【關(guān)鍵詞】核輔焊縫；殘余應(yīng)力；盲孔法

0 前言

國(guó)內(nèi)某核電廠核輔助系統(tǒng)管道焊縫曾因電弧擦傷、殘余應(yīng)力等原因，在焊縫熱影響區(qū)檢查出超標(biāo)缺陷顯示。通過焊接核輔助系統(tǒng)管道模擬件，對(duì)不同結(jié)構(gòu)形式的焊縫采用盲孔法進(jìn)行殘余應(yīng)力分布測(cè)試，能夠了解焊縫的殘余應(yīng)力分布情況，對(duì)于類似系統(tǒng)的焊縫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安裝、制造等提供重要的借鑒意義。

1 模擬件結(jié)構(gòu)及焊接工藝

1.1 模擬件結(jié)構(gòu)

焊接模擬件的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)規(guī)格與真實(shí)焊縫相同：其一為4英寸直管對(duì)接環(huán)焊縫，接頭型式見圖1；其二為4英寸騎座式管支撐角焊縫，接頭型式見圖2。試驗(yàn)用管子為304L不銹鋼，規(guī)格為Φ114.3×13.49mm。

1.2 焊接工藝

焊接采用手工氬弧焊打底，手工電弧焊填充。焊接材料分別為直徑為1.6mm的ER316L焊絲和直徑為3.2mm的E316L焊條。焊接電流控制在80-120A，層間溫度小于150℃。

2 模擬件殘余應(yīng)力測(cè)量

2.1 應(yīng)變片選型

由于不銹鋼材料采用標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變片、Φ1.5盲孔法鉆孔時(shí)，產(chǎn)生較大切削應(yīng)變，為研究不同孔徑和不同應(yīng)變片對(duì)切削應(yīng)變的影響，選擇不同孔徑盲孔和不同應(yīng)變片對(duì)304L不銹鋼退火件進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，采用漢中BE120-2CA-B型三向應(yīng)變花，Φ2.8盲孔進(jìn)行測(cè)試切削應(yīng)變相對(duì)比較小，精度與靈敏系數(shù)最佳。

2.2 A、B系數(shù)標(biāo)定

試板為16mm厚的304L鋼板，屈服強(qiáng)度為250MPa，經(jīng)退火熱處理。采用漢中BE120-2CA-B型三向應(yīng)變花，測(cè)量圓直徑9mm；鉆孔直徑2.8mm和2.6mm孔深3.3mm。試驗(yàn)選在兩種狀態(tài)下測(cè)量試板的A、B系數(shù)，分別為：0.8σ0.2、0.3σ0.2。最終確定系數(shù)A為-0.64，系數(shù)B為-0.88。

2.3 表面準(zhǔn)備

測(cè)量位置的劃定原則是根據(jù)應(yīng)力分析的要求和被測(cè)構(gòu)件表面附近的實(shí)際空間狀態(tài)來確定的。采用砂輪對(duì)焊縫進(jìn)行表面平整或?qū)︿摪灞砻孢M(jìn)行除銹處理，打磨時(shí)要用力均勻、適當(dāng)，不可用力過猛，也不要長(zhǎng)時(shí)間打磨一個(gè)地方，造成該處溫度過高甚至變色，會(huì)嚴(yán)重破壞表面的原始應(yīng)力狀態(tài)。將粗磨過的表面進(jìn)行光滑處理，可進(jìn)一步減小由于表面粗磨造成的對(duì)附加應(yīng)力影響。采用100-200#的砂布，在兩個(gè)相互垂直的方向上來回打磨。通過此步驟可以使表面機(jī)械打磨引入的附加應(yīng)力減至最小，同時(shí)便于粘貼應(yīng)變片[1]。

2.4 測(cè)點(diǎn)布置

直管對(duì)接環(huán)焊縫：以焊縫為中心，沿軸向每隔10mm設(shè)置1個(gè)測(cè)點(diǎn)，布點(diǎn)范圍直到焊縫兩側(cè)熱影響區(qū)30m。共測(cè)量18個(gè)點(diǎn)，以獲得軸向焊接殘余應(yīng)力分布[2]。

支撐角焊縫：受管支撐角焊縫的形狀及殘余應(yīng)力測(cè)量工具限制，圖2中X截面（設(shè)為0°）處難以采用盲孔法進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)量，故考慮每種結(jié)構(gòu)形式角焊縫測(cè)三條線：Y截面處為第一條線（設(shè)為90°），視實(shí)際情況30°和60°為第二、三條線。每條線橫跨焊縫，每條線上每隔10mm一個(gè)測(cè)點(diǎn)，直到熱影響區(qū)30mm。

3 測(cè)試結(jié)果分析

3.1 直管測(cè)量結(jié)果

3.2 騎座式管支撐角焊縫結(jié)果

比較直管對(duì)接接頭和騎座式焊接接頭的應(yīng)力測(cè)量結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：騎座式接頭焊縫區(qū)應(yīng)力水平明顯高于直管對(duì)接接頭。

4 結(jié)論

1）采用盲孔法對(duì)直管對(duì)接焊縫、騎座式焊縫進(jìn)行了焊接殘余應(yīng)力測(cè)量，結(jié)果表明：焊縫區(qū)的應(yīng)力水平較高。

2）比較不同接頭形式的焊縫區(qū)殘余應(yīng)力可以發(fā)現(xiàn)，騎座式接頭焊接殘余應(yīng)力高于直管對(duì)接接頭的焊接殘余應(yīng)力。

【參考文獻(xiàn)】

[1]操豐，毛彩云，方江，等.核電站主蒸汽管道護(hù)板焊縫殘余應(yīng)力分析.焊接，2012，8：46-70.

[2]姜胡，等.核輔助系統(tǒng)管道對(duì)接焊縫及支撐焊縫殘余應(yīng)力分布測(cè)量報(bào)告[R].2008：5-6.

[責(zé)任編輯：王偉平]