管板與殼體連接焊接接頭失效的結構因素論文

時間：2023-04-29 16:40:37 論文范文我要投稿

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　　摘要:通過對焊接接頭性能影響因素的分析和實驗,調(diào)整相應的結構參數(shù)和焊接工藝參數(shù),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(jié)約了材料。

管板與殼體連接焊接接頭失效的結構因素論文

　　關鍵詞:焊接接頭;失效分析;結構因素

　　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,制造過程中焊接接頭內(nèi)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,給使用單位帶來不必要的經(jīng)濟損失,是個不可忽視的問題。通過對焊接接頭性能影響因素的分析和實驗,調(diào)整相應的結構參數(shù)和焊接工藝參數(shù),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(jié)約了材料。

　　1 問題的提出

　　在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中,焊接結構參數(shù)、焊接工藝參數(shù)、焊接前的準備和操作方法等因素都會影響焊接接頭的質(zhì)量,在焊接時就要通過控制相關技術參數(shù)來控制焊接接頭內(nèi)部質(zhì)量,盡可能提高焊接接頭的機械性能。在諸多技術因素中以結構參數(shù)和焊接工藝參數(shù)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(shù)對焊接接頭質(zhì)量的影響是本課題的主要內(nèi)容。

　　通過研究不同尺寸的坡口用相同焊接工藝參數(shù)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)技術參數(shù)。

　　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,管板車邊尺寸為0.25δ,與殼體組對后坡口間隙為0.4δ1,具體根據(jù)不同的板厚在國家標準中有明確的規(guī)定。

　　本課題根據(jù)中生產(chǎn)單位的實際情況,δ和δ1的取值如表1。根據(jù)表中的數(shù)據(jù),按《鋼制壓力容器》標準的有關規(guī)定,可以分別計算出管板車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(shù)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,在焊接過程中,要求焊接工藝參數(shù)保持不變。

　　本試驗的試件結構與產(chǎn)品實際使用的結構相近。對焊接接頭的檢測主要包括焊接接頭熱影響區(qū)應力值、機械性能測試和熱影響區(qū)組織分析。

　　3.1應力測試

　　應力測試時采用了應力釋放法。

　　通過焊接接頭區(qū)或焊接熱影響區(qū)某點處的應變量測試,計算出該點的應力值。用此法檢測比較簡單,所需測試設備簡便。雖然數(shù)據(jù)不夠準確,但同一試件測試的數(shù)據(jù)有對比性,對本課題來說完全符合要求。

　　測試時,為使焊接熱影響區(qū)的應力相對準確且有對比性,試驗時選焊接接頭焊趾兩側(cè)5mm處平行于焊接接頭中心線的直線上作為測試焊接應力的位置,并以5mm的間距為一測試點,兩側(cè)兩端各測6點。

　　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(shù)據(jù)分析

　　4.1測試點應力與焊接接頭距離的關系

　　以上數(shù)據(jù)表明,離焊接接頭不同的距離的各點間的應力是不同的。離熔合線越近,應力值越大;離熔合線越遠,應力值越小。表明高溫區(qū)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,焊接時熱作用時間越長,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。兩個試樣都做了宏觀金相檢查,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,分別取試樣進行金相分析,對比母材金相,組織變化差異很小�？梢�,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),這類材料的組織在加熱時,長大傾向并不明顯�？梢哉J為,坡口間距對焊接接頭及熱影響區(qū)金屬組織的影響是不大的�；蛘哒f,因焊接接頭及熱影響區(qū)金屬組織所引起的焊接接頭失效現(xiàn)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(nèi)部缺陷的產(chǎn)生及熱影響區(qū)的焊接殘余應力大小有著重大的影響,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。在焊接實踐中,可以通過選擇合適的坡口尺寸,配以合理的焊接工藝參數(shù),盡可能降低焊接接頭及熱影響區(qū)的焊接殘余應力,則可以減少此類失效現(xiàn)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標準化委員會.GB150-1998,鋼制壓力容器[S].

　　[3]全國壓力容器委員會標準化委員會.GB151-99,管殼式換熱器[S].

　　[4]陳祝年.焊接設計簡明手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,1997,3.

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