浅谈焊接中出现的焊缝余高的作用与危害

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定义下图1与的e1/部分即为余高。余高既是焊接工艺的需要,又是一种对容器的安全运行,尤其是对疲劳寿命产生一定的影响。作用

压力容器的焊接多为多道焊(如手工焊或自动焊),后焊的焊道相当于对前一焊道起保温、缓冷、回火的作用,且对前一焊道的晶粒进行细化。余高相当于是对最外一层焊道起到了保温、缓冷与回火的作用,因此余高是焊接工艺的必然需求。

危害

焊接接头操作完成后,余高的工艺作用即完成,在此后余高的存在将对容器的运行安全产生一定的不利影响。曾有两组对比试验,一组焊后将余高打磨,使得焊缝与母材表面平齐,并将其称为无余高组;另一组在焊接完成后未做处理,被称为保留余高组。将这两组容器在同样工服役的条件下进行同样的疲劳试验,比较其疲劳寿命的偏差。

在试验结束后,试验结果表明,保留余高组的容器最先出现损伤,其两组的平均疲劳寿命相差.1倍~.5倍。

以前,我国进行过对容器的疲劳压力的试验。该试验容器内径是mm,由每层厚度为6mm的15MnVR钢板卷焊而成。由于该容器内径较小,焊完后焊缝表面并未加工处理,只因测定应力粘贴电阻应变片的需要,而将筒体内表面纵焊缝的一段打磨。

该容器在经过压力疲劳试验后产生泄漏,将其解剖并进行磁粉检测时,发现在其内层筒内、外表面纵缝一侧的熔合线均有明显的磁痕显示,这说明该层纵焊缝已产生裂纹,但是唯独打磨处完好无损,且内、外表面均无磁痕显示。

解释

生核(即产生疲劳裂纹源),在疲劳裂纹的扩展和断裂时。焊缝表面难免会出现某些缺陷,如咬边、裂纹、夹杂等等,这些焊接缺陷都是可能导致成为疲劳裂纹源的因素。

此外,因为余高的存在破坏了焊缝表面几何形状的连续性,由于外形突变产生附加弯矩,造成了较高的局部应力,这些因为焊接缺陷而形成的裂纹源,将在局部应力的作用下加速扩展直至断裂。

如果焊后采用了修磨等其他方法将余高去除,不仅使焊缝外观变得美观且与母材保持一致,消除了产生局部应力的根源问题,同时消除了焊缝表面可能存在的各种焊接缺陷原因,所以大部分项目要求焊缝需呈自然圆滑过渡的状态,从而保证其局部无尖锐而形成的应力集中。

要求

由于余高的存在将大大的缩短容器的疲劳寿命,因此,根据国内、外标准的规定,凡是需疲劳分析设计的容器均应将其余高去除,使得焊缝表面与母材表面保持齐平一致。

而对无需疲劳分析设计的容器,国内、外绝大多数标准均允许一定量的余高存在。

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