焊縫余高越高越好?
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(chǎn)生一定的影響。
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(dāng)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(jìn)行細(xì)化。余高相當(dāng)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。
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(chǎn)生某些不利的影響。曾經(jīng)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(jìn)行壓力疲勞試驗,以比較其疲勞壽命。試驗結(jié)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(jìn)行過三層熱套模擬容器的壓力疲勞試驗。該試驗容器內(nèi)徑350mm,每層由厚6mm的15MnVR鋼板卷焊而成。該容器由于內(nèi)徑較小,焊完后焊縫表面未加處理,只因測定應(yīng)力粘貼電阻應(yīng)變片的需要,而將內(nèi)表面縱焊縫的一段修磨了。
該容器經(jīng)壓力疲勞試驗后泄漏,將其解剖并進(jìn)行磁粉檢測,發(fā)現(xiàn)在內(nèi)層筒內(nèi)、外表面縱焊縫一側(cè)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(nèi)、外表面均無磁粉堆積。疲勞破壞一般要經(jīng)歷三個過程:生核(即產(chǎn)生疲勞裂紋源),疲勞裂紋的擴(kuò)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(xù)性,會因外形突變產(chǎn)生附加彎矩,造成較高的局部應(yīng)力,這些因焊接缺陷而形成的裂紋源,將在局部應(yīng)力作用下加速擴(kuò)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(chǎn)生局部應(yīng)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(jīng)過漫長的生核和緩慢的擴(kuò)展過程,才可能產(chǎn)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(nèi)、外標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定,凡需疲勞分析設(shè)計的容器均應(yīng)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(shè)計的容器,國內(nèi)、外絕大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)均允許一定量的余高存在。