基于应力分析确定在役压力容器焊缝的探伤部位

宋诚

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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