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采用磁測法對球罐進行殘余應力測量
閱讀：228 發布時間：2021-5-11某企業有兩臺3000m3液化石油氣球罐，在*一次球罐定期檢驗時發現較多裂紋。經打磨修復處理后，間隔3年進行第二次開罐檢測又檢出許多裂紋。而導致這一現象產生的原因，是焊接殘余應力的存在。因此準確測量球罐的焊接殘余應力，是控制設備使用條件，延長使用壽命的重要環節。
目前殘余應力測量方法分為有損和無損兩大類，對于球罐的殘余應力測量，企業希望采用無損檢測，不能傷及球罐本體。而無損檢測又分為磁測法、X射線法、超聲波法等。其中磁測法和X射線發展較為完善，但X射線設備昂貴且笨重，不適合現場尤其是大型球罐殘余應力測量。所以本次利用磁測法對兩臺3000m3液化石油氣罐局部區域進行焊接殘余應力測量。磁測儀采用聚航科技生產的JH-60三維應力磁測儀。
殘余應力測量方案
標定試驗
為了測出實際結構的殘余應力，首先要選擇與被測材料同樣成分，同一熱處理狀態的試樣做標定試驗。將試件加工成拉伸試件，并在580±20℃下恒溫40min，然后隨爐降溫，并保證升、降溫速率小于50℃/h，以消除試件加工殘余應力。
在材料液壓*能試驗機上，對試件進行定量逐級加載，應用磁測應力儀測取各載荷下試件電流值得大小，經數據處理計算，從而得到該材料在單位應力下試件電流變化量，即材料靈敏系數，以及*佳激磁電流值。
測試區域的選擇
測點布置主要選擇在有可能出現焊接殘余應力較大的部位和出現較深或較多裂紋的部位，為了比較殘余應力的需要，還要對殘余應力較小的部位進行測試，所以本次選擇測試區域的主要原則如下：
- 選在出現裂紋較深或較多的部位，*一次定期檢驗時檢出超標裂紋，并進行了返修補焊的部位，兩個球罐選擇了3個測試區域；依據*一次球罐定期檢驗的報告，選擇存在較長裂紋缺陷或裂紋較深或裂紋較集中的部位進行測試，兩個球罐中共選擇了10個區域作為測試區域；參考第二次定期檢驗所作的磁粉探傷及超聲波探傷檢測結果，選在裂紋缺陷深度較大的區域，在2#球罐選擇了兩個區域。
- 為了比較出現裂紋缺陷區域與無裂紋缺陷區域的殘余應力狀況，依據*一次定期檢測報告，在球罐未發現裂紋缺陷部位選取了三個區域進行測試。
- 為了了解球殼縱焊縫的焊接殘余應力大小以及分布情況，在1#球罐下溫帶C13球殼板與C15球殼板形成縱焊縫作為測試區域，測定此類焊縫存在的殘余應力。而2#球罐則選在赤道帶A4球殼板和A5球殼板間的縱焊縫，作為測試區域。
測試前對測量區域的表面進行打磨處理。然后根據已確定的測試方案，根據測試區域內測點之間的距離畫出網格，以確定每個測試點位置。調試JH-60殘余應力檢測儀，并依據標定試驗的結果，向磁測儀輸入*佳激勵電流，將探頭對準各測點，分別測取各測點0°、45°、90°三個方向的電流值。并予以記錄。經計算機數據計算處理，獲得各測點的殘余應力值。
殘余應力測量結果與分析
根據確定的試驗方案，對兩臺球罐的22個區域進行了殘余應力測量，共形成688個測點，處理后得到這些點的殘余應力值。并對試驗數據進行分析，得出了以下三個結論：
- 球罐焊縫邊緣殘余應力水平
- 綜合試驗結果表明，兩臺球罐出現裂紋處區域的殘余應力峰值大多數接近球罐材料的常溫下屈服（σ=305MPa）；
- 不產生裂紋區域的殘余應力峰值一般小于球罐材料常溫下屈服限的60%；
- 球帶中球殼板間形成的縱焊縫的焊接殘余應力大小一般小于球殼材料常溫下屈服限的60%。
- 球罐焊縫邊緣殘余應力性質
根據兩臺球罐焊縫殘余應力的試驗結果來看，球罐焊縫殘余應力分布較為復雜；在大多數情況下，焊縫區的殘余應力值較高，并且為拉應力，只有離焊縫較遠的位置才出現壓應力。
- 殘余應力分布
從試驗結果表明，此兩臺球罐殘余應力分布有如下特點：
- 在大多情況下，球帶間形成的環焊縫邊緣存在較大的殘余應力，且垂直于焊縫方向的殘余應力大于平行焊縫方向的殘余應力。
- 從試驗結果得出；球殼環焊縫的*大殘余應力大于球帶內各球殼板對接形成的縱焊縫的*大殘余應力。
- 出現裂紋處區域的殘余應力明顯大于檢驗中未發現裂紋區域的殘余應力。
- 根據殘余應力分布圖所示，球罐焊接殘余應力具有邊緣應力特點，焊縫殘余應力呈衰減波分布，且衰減梯度很大，從此次試驗結果數據得出：高應力峰值均發生在離焊縫邊緣1個壁厚范圍內。
- 球殼焊縫區的殘余應力明顯大于母材的殘余應力。
結論
- 從測試結果得出；兩個球罐在焊縫邊緣局部區域產生裂紋，與球罐本身該區域存在較大的焊接殘余應力有著直接關系。
- 產生裂紋區域殘余應力*大峰值明顯的大于未產生裂紋區域的殘余應力峰值，產生裂紋區域殘余應力*大峰值已接近材料的常溫下屈服極限；球罐焊縫區的殘余應力大于母材區的殘余應力。
- 為了消除球罐的安全隱患，需要對球罐裂紋較多的區域進行消除應力處理，降低或均化焊接殘余應力，確保球罐的安全使用。