不锈钢复合板压力容器焊接接头的疲劳分析

袁 红，沈 强

（大连锅炉压力容器检验检测研究院有限公司，辽宁 大连 116016）

不锈钢复合板压力容器是被广泛应用于各行各业的一种容器，它密封程度高、抗压能力强、具有极强的耐腐蚀性，基于不锈钢复合板压力容器这些特点，主要被应用在化工和石油化工领域，用于贮存、运输有压力的气体或液化气体[1]。像各类压缩机和制冷压缩机的辅机也都是应用不锈钢复合板压力容器，由此可见不锈钢复合板压力容器的重要性。而在制作不锈钢复合板压力容器过程中，需要使用焊接工艺，然而不锈钢复合板压力容器作用极大，贮存、运输的气体危险性极大，十分考验焊接接头牢固程度，一旦焊接接头出现问题，会造成难以挽回的损失，这就要求不锈钢复合板压力容器焊接接头工艺必须稳定、安全[2]。是以提出对不锈钢复合板压力容器焊接接头的疲劳程度分析，保证不锈钢复合板压力容器焊接接头在使用的过程中出现任何问题，确定不锈钢复合板压力容器焊接接头寿命，从而及时对不锈钢复合板压力容器焊接接头进行维修，或者对不锈钢复合板压力容器回炉重造，确保不锈钢复合板压力容器在使用过程中不会出现安全隐患。

1 不锈钢复合板压力容器焊接接头疲劳分析

在制作不锈钢复合板压力容器过程中的焊接接头会影响不锈钢复合板压力容器整体寿命，然而不锈钢复合板压力容器主要应用于化工和石油化工行业，贮存、运输危险气体，对不锈钢复合板压力容器的安全要求极高，为保证不锈钢复合板压力容器使用安全，对不锈钢复合板压力容器焊接接头疲劳分析。通过分析不锈钢复合板压力容器焊接接头疲劳系数和疲劳程度，从而确定不锈钢复合板压力容器使用时间，从而保证不锈钢复合板压力容器使用安全。

1.1 不锈钢复合板压力容器焊接接头疲劳系数

想要分析不锈钢复合板压力容器焊接接头疲劳程度，就必须先知道不锈钢复合板压力容器焊接接头疲劳系数，疲劳系数的准确度将决定疲劳程度的准确度[3]。其中焊接接头疲劳系数与热点应力系数和缺口应力系数有关。

已知热点应力与焊接接头腐蚀程度有关，焊接接头被腐蚀出坑的深度和宽度与热点应力成正比关系，则有：

式中Kt代表热点应力，r代表焊接接头被腐蚀出坑的深度，w代表焊接接头被腐蚀出坑的宽度。

已知焊接接头缺口应力与缺口半径、缺口深度有关，缺口应力与缺口半径、深度成正比关系，则有：

式中Kf为焊接接头缺口应力，l为焊接接头缺口半径，a为焊接接头缺口深度。

由（1）式和（2）式可以得知热点应力和缺口应力。而热点应力和缺口应力与焊接接头疲劳系数成正比关系，已知焊接接头的疲劳系数为F，将（1）式和（2）式带入，则有 ：

通过（3）式可以确定焊接接头疲劳系数，焊接接头的疲劳系数得出的质量等级如表1所示。其中1质量最差，7质量最好。焊接接头疲劳系数越高，焊接接头疲劳程度越高[4]。

表1 焊接接头系数质量等级表

1.2 判定不锈钢复合板压力容器焊接接头疲劳程度

由1.1的计算可知，不锈钢复合板压力容器焊接接头疲劳程度由焊接接头疲劳系数决定，随着循环次数增多，则有:

其中是焊接接头疲劳程度，是以可以确定不锈钢复合板压力容器焊接接头疲劳程度与焊接接头疲劳系数和循环次数成正比。然而焊接接头系数与热点应力和缺口应力有关，由此可以确定不锈钢复合板压力容器焊接接头疲劳程度与热点应力和缺口应力有关，也可以直接通过热点应力和缺口应力直接判定不锈钢复合板压力容器焊接接头疲劳程度[5]。由（4）式可知，焊接接头疲劳系数越高，不锈钢复合板压力容器焊接接头疲劳程度越高。

2 实验论证分析

为保证本文提出的不锈钢复合板压力容器焊接接头疲劳分析方法有效性，进行试验论证分析。通过判定实验产生的误差率，对比论证本文提出的不锈钢复合板压力容器焊接接头分析方法与传统分析方法。在实验过程中，保证实验使用的不锈钢复合板压力容器焊接接头位置、长度、缺陷一致。实验结果如图1所示。

图1 分析结果图

在图1中可以发现，随着实验次数的增加，本文提出的不锈钢复合板压力容器焊接接头疲劳分析方法随着实验次数增加，得出的误差率没有明显变化，而传统分析方法随着实验次数的增加，误差率不断随着实验次数增高。做第一次实验室时，本文提出的分析方法产生的误差率与传统分析方法产生的误差率相等，误差率差为0，随着实验次数增加，两种方法之间误差率差也在不断增大，做第二次实验时，本文提出的分析方法产生的误差率与传统分析方法产生的误差率差为0.05，做第三次实验时，本文提出的分析方法产生的误差率与传统分析方法产生的误差率差为0.1，做第4次实验时，本文提出的分析方法产生的误差率与传统分析方法产生的误差率差为0.15，做第五次实验时，本文提出的分析方法产生的误差率与传统分析方法产生的误差率差最大，误差率差为0.25。由此可见，本文提出的不锈钢复合板压力容器焊接接头疲劳分析方法比传统分析方法产生的误差率更小、结果更准确，可以更精准分析出不锈钢复合板压力容器焊接接头疲劳程度，从而确定不锈钢复合板压力容器使用时间，保证不锈钢复合板压力容器质量安全。

3 结束语

综上所述，不锈钢复合板压力容器应用广泛，盛装各种气体和液体，承载着极强的压力，是以对不锈钢复合板压力容器质量要求极高，然而在制作过程中，不锈钢复合板压力容器存在焊接工艺，影响不锈钢复合板压力容器质量安全，由此可见焊接接头的寿命直接影响着不锈钢复合板压力容器的寿命。是以不锈钢复合板压力容器焊接接头疲劳分析具有十分重要的意义。因为只有确定不锈钢复合板压力容器焊接接头的安全问题和寿命，才能保证不锈钢复合板压力容器的安全质量，确定不锈钢复合板压力容器使用年限。由此可见必须不断研究不锈钢复合板压力容器焊接接头疲劳分析方法，精确不锈钢复合板压力容器焊接接头疲劳程度，从而保证不锈钢复合板压力容器质量安全。