不銹鋼復(fù)合板壓力容器焊接接頭的疲勞分析

袁 紅，沈 強(qiáng)

（大連鍋爐壓力容器檢驗檢測研究院有限公司，遼寧 大連 116016）

不銹鋼復(fù)合板壓力容器是被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的一種容器，它密封程度高、抗壓能力強(qiáng)、具有極強(qiáng)的耐腐蝕性，基于不銹鋼復(fù)合板壓力容器這些特點，主要被應(yīng)用在化工和石油化工領(lǐng)域，用于貯存、運輸有壓力的氣體或液化氣體[1]。像各類壓縮機(jī)和制冷壓縮機(jī)的輔機(jī)也都是應(yīng)用不銹鋼復(fù)合板壓力容器，由此可見不銹鋼復(fù)合板壓力容器的重要性。而在制作不銹鋼復(fù)合板壓力容器過程中，需要使用焊接工藝，然而不銹鋼復(fù)合板壓力容器作用極大，貯存、運輸?shù)臍怏w危險性極大，十分考驗焊接接頭牢固程度，一旦焊接接頭出現(xiàn)問題，會造成難以挽回的損失，這就要求不銹鋼復(fù)合板壓力容器焊接接頭工藝必須穩(wěn)定、安全[2]。是以提出對不銹鋼復(fù)合板壓力容器焊接接頭的疲勞程度分析，保證不銹鋼復(fù)合板壓力容器焊接接頭在使用的過程中出現(xiàn)任何問題，確定不銹鋼復(fù)合板壓力容器焊接接頭壽命，從而及時對不銹鋼復(fù)合板壓力容器焊接接頭進(jìn)行維修，或者對不銹鋼復(fù)合板壓力容器回爐重造，確保不銹鋼復(fù)合板壓力容器在使用過程中不會出現(xiàn)安全隱患。

1 不銹鋼復(fù)合板壓力容器焊接接頭疲勞分析

在制作不銹鋼復(fù)合板壓力容器過程中的焊接接頭會影響不銹鋼復(fù)合板壓力容器整體壽命，然而不銹鋼復(fù)合板壓力容器主要應(yīng)用于化工和石油化工行業(yè)，貯存、運輸危險氣體，對不銹鋼復(fù)合板壓力容器的安全要求極高，為保證不銹鋼復(fù)合板壓力容器使用安全，對不銹鋼復(fù)合板壓力容器焊接接頭疲勞分析。通過分析不銹鋼復(fù)合板壓力容器焊接接頭疲勞系數(shù)和疲勞程度，從而確定不銹鋼復(fù)合板壓力容器使用時間，從而保證不銹鋼復(fù)合板壓力容器使用安全。

1.1 不銹鋼復(fù)合板壓力容器焊接接頭疲勞系數(shù)

想要分析不銹鋼復(fù)合板壓力容器焊接接頭疲勞程度，就必須先知道不銹鋼復(fù)合板壓力容器焊接接頭疲勞系數(shù)，疲勞系數(shù)的準(zhǔn)確度將決定疲勞程度的準(zhǔn)確度[3]。其中焊接接頭疲勞系數(shù)與熱點應(yīng)力系數(shù)和缺口應(yīng)力系數(shù)有關(guān)。

已知熱點應(yīng)力與焊接接頭腐蝕程度有關(guān)，焊接接頭被腐蝕出坑的深度和寬度與熱點應(yīng)力成正比關(guān)系，則有：

式中Kt代表熱點應(yīng)力，r代表焊接接頭被腐蝕出坑的深度，w代表焊接接頭被腐蝕出坑的寬度。

已知焊接接頭缺口應(yīng)力與缺口半徑、缺口深度有關(guān)，缺口應(yīng)力與缺口半徑、深度成正比關(guān)系，則有：

式中Kf為焊接接頭缺口應(yīng)力，l為焊接接頭缺口半徑，a為焊接接頭缺口深度。

由（1）式和（2）式可以得知熱點應(yīng)力和缺口應(yīng)力。而熱點應(yīng)力和缺口應(yīng)力與焊接接頭疲勞系數(shù)成正比關(guān)系，已知焊接接頭的疲勞系數(shù)為F，將（1）式和（2）式帶入，則有 ：

通過（3）式可以確定焊接接頭疲勞系數(shù)，焊接接頭的疲勞系數(shù)得出的質(zhì)量等級如表1所示。其中1質(zhì)量最差，7質(zhì)量最好。焊接接頭疲勞系數(shù)越高，焊接接頭疲勞程度越高[4]。

表1 焊接接頭系數(shù)質(zhì)量等級表

1.2 判定不銹鋼復(fù)合板壓力容器焊接接頭疲勞程度

由1.1的計算可知，不銹鋼復(fù)合板壓力容器焊接接頭疲勞程度由焊接接頭疲勞系數(shù)決定，隨著循環(huán)次數(shù)增多，則有:

其中是焊接接頭疲勞程度，是以可以確定不銹鋼復(fù)合板壓力容器焊接接頭疲勞程度與焊接接頭疲勞系數(shù)和循環(huán)次數(shù)成正比。然而焊接接頭系數(shù)與熱點應(yīng)力和缺口應(yīng)力有關(guān)，由此可以確定不銹鋼復(fù)合板壓力容器焊接接頭疲勞程度與熱點應(yīng)力和缺口應(yīng)力有關(guān)，也可以直接通過熱點應(yīng)力和缺口應(yīng)力直接判定不銹鋼復(fù)合板壓力容器焊接接頭疲勞程度[5]。由（4）式可知，焊接接頭疲勞系數(shù)越高，不銹鋼復(fù)合板壓力容器焊接接頭疲勞程度越高。

2 實驗論證分析

為保證本文提出的不銹鋼復(fù)合板壓力容器焊接接頭疲勞分析方法有效性，進(jìn)行試驗論證分析。通過判定實驗產(chǎn)生的誤差率，對比論證本文提出的不銹鋼復(fù)合板壓力容器焊接接頭分析方法與傳統(tǒng)分析方法。在實驗過程中，保證實驗使用的不銹鋼復(fù)合板壓力容器焊接接頭位置、長度、缺陷一致。實驗結(jié)果如圖1所示。

圖1 分析結(jié)果圖

在圖1中可以發(fā)現(xiàn)，隨著實驗次數(shù)的增加，本文提出的不銹鋼復(fù)合板壓力容器焊接接頭疲勞分析方法隨著實驗次數(shù)增加，得出的誤差率沒有明顯變化，而傳統(tǒng)分析方法隨著實驗次數(shù)的增加，誤差率不斷隨著實驗次數(shù)增高。做第一次實驗室時，本文提出的分析方法產(chǎn)生的誤差率與傳統(tǒng)分析方法產(chǎn)生的誤差率相等，誤差率差為0，隨著實驗次數(shù)增加，兩種方法之間誤差率差也在不斷增大，做第二次實驗時，本文提出的分析方法產(chǎn)生的誤差率與傳統(tǒng)分析方法產(chǎn)生的誤差率差為0.05，做第三次實驗時，本文提出的分析方法產(chǎn)生的誤差率與傳統(tǒng)分析方法產(chǎn)生的誤差率差為0.1，做第4次實驗時，本文提出的分析方法產(chǎn)生的誤差率與傳統(tǒng)分析方法產(chǎn)生的誤差率差為0.15，做第五次實驗時，本文提出的分析方法產(chǎn)生的誤差率與傳統(tǒng)分析方法產(chǎn)生的誤差率差最大，誤差率差為0.25。由此可見，本文提出的不銹鋼復(fù)合板壓力容器焊接接頭疲勞分析方法比傳統(tǒng)分析方法產(chǎn)生的誤差率更小、結(jié)果更準(zhǔn)確，可以更精準(zhǔn)分析出不銹鋼復(fù)合板壓力容器焊接接頭疲勞程度，從而確定不銹鋼復(fù)合板壓力容器使用時間，保證不銹鋼復(fù)合板壓力容器質(zhì)量安全。

3 結(jié)束語

綜上所述，不銹鋼復(fù)合板壓力容器應(yīng)用廣泛，盛裝各種氣體和液體，承載著極強(qiáng)的壓力，是以對不銹鋼復(fù)合板壓力容器質(zhì)量要求極高，然而在制作過程中，不銹鋼復(fù)合板壓力容器存在焊接工藝，影響不銹鋼復(fù)合板壓力容器質(zhì)量安全，由此可見焊接接頭的壽命直接影響著不銹鋼復(fù)合板壓力容器的壽命。是以不銹鋼復(fù)合板壓力容器焊接接頭疲勞分析具有十分重要的意義。因為只有確定不銹鋼復(fù)合板壓力容器焊接接頭的安全問題和壽命，才能保證不銹鋼復(fù)合板壓力容器的安全質(zhì)量，確定不銹鋼復(fù)合板壓力容器使用年限。由此可見必須不斷研究不銹鋼復(fù)合板壓力容器焊接接頭疲勞分析方法，精確不銹鋼復(fù)合板壓力容器焊接接頭疲勞程度，從而保證不銹鋼復(fù)合板壓力容器質(zhì)量安全。