《基于应力分析确定在役压力容器焊缝的探伤部位》
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摘 要：压力容器是工业生产中比较常见的设备,由于其工作环境的特殊性,往往需要高强度的材料进行制作,在结构上也具有特殊性的设计和要求.为了防止压力容器在工作过程中出现安全问题,需要在设计时对压力容器的最大承受压力进行测定,因此这就需要引入应力分析测量技术,应力分析能够精确计算压力容器各种零部件的应力及应力分布情况,并且应力分析还能够对压力容器焊缝进行探伤,应力分析技术的应用需要能够直接影响到压力容器的安全运行.
关键词：应力分析;压力容器;焊缝
压力容器在使用上具有特殊性,因此对压力容器的安全性能要求较高,一直以来压力容器的安全问题都未能得到妥善解决.应力分析技术的出现能够有效解决这一问题,应力分析技术能够对压力容器的内部结构进行分析,可以有效得出压力容器的承受极限以及应力分布情况,并且应力分析能够有效确定压力容器内焊缝情况,能够有效解决压力容器的安全问题,从而有效提高压力容器的经济效益.
1内压筒体焊缝抽检位置的确定
压力容器一般为轴对称圆筒形容器,筒体是压力容器的主要组成部分,是储存介质或者完成热交换的主要压力空间,以单层整体视筒体为例,大多数是由钢板拼焊组装而成.
中、低压力容器属于薄壁容器范围,薄壁容器的受力状态可以利用薄膜理论进行分析,即假定压力容器的壳壁像薄膜一样,只能承受拉应力和压应力,不能承受弯距或者弯曲应力,并且压力容器所承受的拉应力和压应力是沿壁厚进行均匀分布,因此这种壳体中所承受的应力为薄膜应力.薄膜理论能够有效分析出薄壁容器的受力状况,满足工业生产需求.
通过薄膜理论可以得知,圆筒形压力容器的环向应力是轴向应力的两倍,因此在进行检查焊缝时,应当注重检查纵向筒体焊缝,以及压力容器在运行过程中产生的平行纵焊缝的缺陷.
通过对比封头环焊缝与筒体环焊缝的受力状况,封头环焊缝存在边缘应力,边缘应力具有局部性和局限性限制,会使封头环焊缝的边缘应力得到缓解,但是封头环焊缝的受力更加復杂,应当作为检查重点.
2内压筒体焊缝探伤面的确定
2、1常温容器
为了能够确定常温容器焊缝的探伤面,需要分析压力容器壳体内外壁的应力情况,因此需要结合厚壁圆筒的应力分析理论.厚壁圆筒在体合上是轴对称,因此在载荷作用下形成的位移应变以及应力分布情况也是轴对称的.由于在进行应力分析过程中,放弃了应力沿壁厚均匀分布的假设,因此就不能确定薄膜应力是否依靠平衡条件来确定应力,必须依靠平衡条件、变形条件和物理条件进行应力分析求解.
在实际应用过程中,厚壁圆筒应力公式比较精确,该公式不仅适用于厚壁,也是用于薄壁圆筒,利用薄膜理论可以推导出薄壁圆筒应力公式.
通过厚壁圆筒应力公式可以看出,常温容器的厚壁圆筒最大方向应力和径向应力都在内壁处,轴向应力沿壁厚均匀分布.因此在检查常温压力容器的厚壁圆筒焊缝时需要在容器内部进行.
2、2高温容器
在高温运行下的压力容器,压力容器筒壁的内外表面温度存在差异性,温度较高的内壁受热引起的膨胀变形会受到压力容器外壁的限制,从而使压力容器内壁受到压缩,而外壁受到拉伸,在压力容器内壁会形成压应力,而压力容器外壁会形成拉应力,这种温差引起的应力变形称为温差应力.
由于压力和温差在同体内壁会形成环向应力和轴向应力,因此在内部加热后,内壁组合应力状态会得到改善,而外壁的组合压力会出现恶化,容易形成缺陷,因此外壁焊缝是无损检查的重点部位.
3角焊缝的抽检
压力容器开孔处应力较为集中,通常情况下开孔处的应力是薄膜应力的3倍,严重的情况下可能会达到5倍之多.
在压力容器壳体上开圆孔,边缘所形成的应力集中系数为2.5,最大应力发生在轴线方位上;球壳开圆孔,边缘的应力集中系数为2,最大应力值一致,最大应力发生在经向和纬向方位上;圆柱壳体上开长轴垂直于圆筒轴线的椭圆孔,边缘的应力集中系数为1.5,最大应力数值相同,发生在长轴和短轴的端点;球壳上开椭圆孔,边缘的英语系数为2,最大英语书只发生在长轴的端点.由此可以看出,角焊缝的约束力大,受力较为复杂,往往有较高的局部应力和焊接残余应力,在进行探伤时应当特别注意.
4应力分析技术的发展前景
从应力分析技术这些年发展其实可以看出,应力分析法逐渐向着专业化精细化的方向展.应力分析技术的方法与结果能够充分体现出应力分析法的精确性,仅是依靠人力计算的方法,根本无法实现.因此需要更加精密的计算仪器,才能够有效解决相关问题,目前我国并没有办法提供快速便捷的计算设备,对矩形参数和繁琐的运算解决能力不足,并且在利用应力分析技术计算结果的同时,并没有办法制造出相关的压力容器.因此我国应该大力研究计算设备,完善分析软件,只有建立专门应力分析软件兼容能力的计算机,才能够实现计算效果.
想要提高英语分析的应用能力,就必须完善出新型的构成材料,没有良好的材料基础,仅凭高超的技术也无法实现工业梦想,因此相关部门需要建立完善的科研计划,通过不断对材料进行演化和改变,制造出能够适应应力分析技术的材料.同时要与其他先进国家保持联系.一方面可以引进国外先进的应力技术软件,另一方面我国需要进行自主创新,根据我国的实际情况来完善属于自己的应力分析软件,应力分析设备必须具有较高的分析能力.
5结束语
压力容器在长时间运行以后,会受到应变荷载及温度变化等因素的影响,使压力容器内部焊缝出现问题,为了有效解决压力容器内部焊缝问题,利用应力分析技术可以有效确定焊缝情况,对焊缝进行正确的定性定量,以及裂缝的形状及走向问题,只有合理的判断出压力容器内的缺陷,才能制定出相应的解决方法,从而减少经济损失.
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