基于應力分析確定在役壓力容器焊縫的探傷部位

宋誠

摘要：壓力容器是工業生產中比較常見的設備，由于其工作環境的特殊性，往往需要高強度的材料進行制作，在結構上也具有特殊性的設計和要求。為了防止壓力容器在工作過程中出現安全問題，需要在設計時對壓力容器的最大承受壓力進行測定，因此這就需要引入應力分析測量技術，應力分析能夠精確計算壓力容器各種零部件的應力及應力分布情況，并且應力分析還能夠對壓力容器焊縫進行探傷，應力分析技術的應用需要能夠直接影響到壓力容器的安全運行。

關鍵詞：應力分析;壓力容器;焊縫

壓力容器在使用上具有特殊性，因此對壓力容器的安全性能要求較高，一直以來壓力容器的安全問題都未能得到妥善解決。應力分析技術的出現能夠有效解決這一問題，應力分析技術能夠對壓力容器的內部結構進行分析，可以有效得出壓力容器的承受極限以及應力分布情況，并且應力分析能夠有效確定壓力容器內焊縫情況，能夠有效解決壓力容器的安全問題，從而有效提高壓力容器的經濟效益。

1內壓筒體焊縫抽檢位置的確定

壓力容器一般為軸對稱圓筒形容器，筒體是壓力容器的主要組成部分，是儲存介質或者完成熱交換的主要壓力空間，以單層整體視筒體為例，大多數是由鋼板拼焊組裝而成。

中、低壓力容器屬于薄壁容器范圍，薄壁容器的受力狀態可以利用薄膜理論進行分析，即假定壓力容器的殼壁像薄膜一樣，只能承受拉應力和壓應力，不能承受彎距或者彎曲應力，并且壓力容器所承受的拉應力和壓應力是沿壁厚進行均勻分布，因此這種殼體中所承受的應力為薄膜應力。薄膜理論能夠有效分析出薄壁容器的受力狀況，滿足工業生產需求。

通過薄膜理論可以得知，圓筒形壓力容器的環向應力是軸向應力的兩倍，因此在進行檢查焊縫時，應當注重檢查縱向筒體焊縫，以及壓力容器在運行過程中產生的平行縱焊縫的缺陷。

通過對比封頭環焊縫與筒體環焊縫的受力狀況，封頭環焊縫存在邊緣應力，邊緣應力具有局部性和局限性限制，會使封頭環焊縫的邊緣應力得到緩解，但是封頭環焊縫的受力更加復雜，應當作為檢查重點。

2內壓筒體焊縫探傷面的確定

2.1常溫容器

為了能夠確定常溫容器焊縫的探傷面，需要分析壓力容器殼體內外壁的應力情況，因此需要結合厚壁圓筒的應力分析理論。厚壁圓筒在體合上是軸對稱，因此在載荷作用下形成的位移應變以及應力分布情況也是軸對稱的。由于在進行應力分析過程中，放棄了應力沿壁厚均勻分布的假設，因此就不能確定薄膜應力是否依靠平衡條件來確定應力，必須依靠平衡條件、變形條件和物理條件進行應力分析求解。

在實際應用過程中，厚壁圓筒應力公式比較精確，該公式不僅適用于厚壁，也是用于薄壁圓筒，利用薄膜理論可以推導出薄壁圓筒應力公式。

通過厚壁圓筒應力公式可以看出，常溫容器的厚壁圓筒最大方向應力和徑向應力都在內壁處，軸向應力沿壁厚均勻分布。因此在檢查常溫壓力容器的厚壁圓筒焊縫時需要在容器內部進行。

2.2高溫容器

在高溫運行下的壓力容器，壓力容器筒壁的內外表面溫度存在差異性，溫度較高的內壁受熱引起的膨脹變形會受到壓力容器外壁的限制，從而使壓力容器內壁受到壓縮，而外壁受到拉伸，在壓力容器內壁會形成壓應力，而壓力容器外壁會形成拉應力，這種溫差引起的應力變形稱為溫差應力。

由于壓力和溫差在同體內壁會形成環向應力和軸向應力，因此在內部加熱后，內壁組合應力狀態會得到改善，而外壁的組合壓力會出現惡化，容易形成缺陷，因此外壁焊縫是無損檢查的重點部位。

3角焊縫的抽檢

壓力容器開孔處應力較為集中，通常情況下開孔處的應力是薄膜應力的3倍，嚴重的情況下可能會達到5倍之多。

在壓力容器殼體上開圓孔，邊緣所形成的應力集中系數為2.5，最大應力發生在軸線方位上;球殼開圓孔，邊緣的應力集中系數為2，最大應力值一致，最大應力發生在經向和緯向方位上;圓柱殼體上開長軸垂直于圓筒軸線的橢圓孔，邊緣的應力集中系數為1.5，最大應力數值相同，發生在長軸和短軸的端點;球殼上開橢圓孔，邊緣的英語系數為2，最大英語書只發生在長軸的端點。由此可以看出，角焊縫的約束力大，受力較為復雜，往往有較高的局部應力和焊接殘余應力，在進行探傷時應當特別注意。

4應力分析技術的發展前景

從應力分析技術這些年發展其實可以看出，應力分析法逐漸向著專業化精細化的方向展。應力分析技術的方法與結果能夠充分體現出應力分析法的精確性，僅是依靠人力計算的方法，根本無法實現。因此需要更加精密的計算儀器，才能夠有效解決相關問題，目前我國并沒有辦法提供快速便捷的計算設備，對矩形參數和繁瑣的運算解決能力不足，并且在利用應力分析技術計算結果的同時，并沒有辦法制造出相關的壓力容器。因此我國應該大力研究計算設備，完善分析軟件，只有建立專門應力分析軟件兼容能力的計算機，才能夠實現計算效果。

想要提高英語分析的應用能力，就必須完善出新型的構成材料，沒有良好的材料基礎，僅憑高超的技術也無法實現工業夢想，因此相關部門需要建立完善的科研計劃，通過不斷對材料進行演化和改變，制造出能夠適應應力分析技術的材料。同時要與其他先進國家保持聯系。一方面可以引進國外先進的應力技術軟件，另一方面我國需要進行自主創新，根據我國的實際情況來完善屬于自己的應力分析軟件，應力分析設備必須具有較高的分析能力。

5結束語

壓力容器在長時間運行以后，會受到應變荷載及溫度變化等因素的影響，使壓力容器內部焊縫出現問題，為了有效解決壓力容器內部焊縫問題，利用應力分析技術可以有效確定焊縫情況，對焊縫進行正確的定性定量，以及裂縫的形狀及走向問題，只有合理的判斷出壓力容器內的缺陷，才能制定出相應的解決方法，從而減少經濟損失。

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