管板與殼體連接焊接接頭失效原因分析

管板與殼體連接焊接接頭失效原因分析

   摘  要：通過對焊接接頭性能影響因素的分析和實驗，調(diào)整相應的結(jié)構(gòu)參數(shù)和焊接工藝參數(shù)，防止焊接接頭缺陷的產(chǎn)生，提高接頭機械性能，從而提高產(chǎn)品的使用壽命，減少損失，節(jié)約了材料。
關鍵詞：焊接接頭；失效分析；結(jié)構(gòu)因素
   熱交換器產(chǎn)品中的固定式不帶法蘭的管板與殼體的連接焊接接頭是產(chǎn)品上的主要焊接接頭，制造過程中焊接接頭內(nèi)部組織的缺陷，如夾渣、氣孔、未熔合、未焊透、裂紋以及組織粗大等，將影響焊接接頭的機械性能，也影響產(chǎn)品使用的可靠性，給使用單位帶來不必要的經(jīng)濟損失，是個不可忽視的問題。通過對焊接接頭性能影響因素的分析和實驗，調(diào)整相應的結(jié)構(gòu)參數(shù)和焊接工藝參數(shù)，防止焊接接頭缺陷的產(chǎn)生，提高接頭機械性能，從而提高產(chǎn)品的使用壽命，減少損失，節(jié)約了材料。
1 問題的提出
   在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，焊接結(jié)構(gòu)參數(shù)、焊接工藝參數(shù)、焊接前的準備和操作方法等因素都會影響焊接接頭的質(zhì)量，在焊接時就要通過控制相關技術參數(shù)來控制焊接接頭內(nèi)部質(zhì)量，盡可能提高焊接接頭的機械性能。在諸多技術因素中以結(jié)構(gòu)參數(shù)和焊接工藝參數(shù)對焊接接頭質(zhì)量影響最大，為此，坡口尺寸變化對焊接接頭質(zhì)量的影響及焊接工藝參數(shù)對焊接接頭質(zhì)量的影響是本課題的主要內(nèi)容。
通過研究不同尺寸的坡口用相同焊接工藝參數(shù)下焊成的接頭在焊接接頭組織、機械性能、焊接應力分布的變化；比較對焊接接頭質(zhì)量影響最小的結(jié)構(gòu)尺寸，選出最優(yōu)技術參數(shù)。
2 坡口尺寸的確定
   產(chǎn)品的設計坡口尺寸，其中，管板車邊尺寸為0.25δ,與殼體組對后坡口間隙為0.4δ1，具體根據(jù)不同的板厚在國家標準中有明確的規(guī)定。
   本課題根據(jù)中生產(chǎn)單位的實際情況，δ和δ1的取值如表1。根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，按《鋼制壓力容器》標準的有關規(guī)定，可以分別計算出管板車邊尺寸和坡口間隙尺寸，也列于表1中。
在本次試驗中，為了減少工作量，試件的坡口組對成大小端，最大值取6mm，最小值取1mm。雖然該值與國家標準的要求有出入，但符合焊接工藝中保證焊接接頭質(zhì)量的有關要求，對試驗結(jié)果的正確性影響不明顯。
3 模擬試驗與檢測
   為保證結(jié)構(gòu)參數(shù)對焊接接頭的組織、應力和機械性能等方面影響的試驗結(jié)果準確，在焊接過程中，要求焊接工藝參數(shù)保持不變。
   本試驗的試件結(jié)構(gòu)與產(chǎn)品實際使用的結(jié)構(gòu)相近。對焊接接頭的檢測主要包括焊接接頭熱影響區(qū)應力值、機械性能測試和熱影響區(qū)組織分析。
3.1應力測試
   應力測試時采用了應力釋放法。
   通過焊接接頭區(qū)或焊接熱影響區(qū)某點處的應變量測試，計算出該點的應力值。用此法檢測比較簡單，所需測試設備簡便。雖然數(shù)據(jù)不夠準確，但同一試件測試的數(shù)據(jù)有對比性，對本課題來說完全符合要求。
測試時，為使焊接熱影響區(qū)的應力相對準確且有對比性，試驗時選焊接接頭焊趾兩側(cè)5mm處平行于焊接接頭中心線的直線上作為測試焊接應力的位置，并以5mm的間距為一測試點，兩側(cè)兩端各測6點。
3.2機械性能測試
應力測試后的試件用機械加工的方法加工成拉伸試樣，測試其機械性能。

4 數(shù)據(jù)分析
4.1測試點應力與焊接接頭距離的關系
   以上數(shù)據(jù)表明，離焊接接頭不同的距離的各點間的應力是不同的。離熔合線越近，應力值越大；離熔合線越遠，應力值越小。表明高溫區(qū)更易產(chǎn)生較高的應力。
4.2坡口間距對應力的影響
   坡口間距對應的影響也較為明顯，從表中可以看出，坡口間距越大，應力值也有明顯的增大，最大間隙處應力值（為最小間隙處應力值的3.5倍左右）。從理論上分析，坡口越大，需填充的金屬越多，焊接時熱作用時間越長，溫度也越高，因而產(chǎn)生更大的應力。
4.3坡口間距對機械性能的影響
   可以看出，坡口間距對機械性能的影響較小，但坡口間距對缺陷有較大的影響。兩個試樣都做了宏觀金相檢查，坡口間距越小，未焊透缺陷傾向增加。所以，坡口間距間接地影響了焊接接頭的強度，降低疲勞強度。
5 金相分析
   在相應的最大坡口端和最小坡口端，分別取試樣進行金相分析，對比母材金相，組織變化差異很小�？梢姡�因所用材料為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼（管板和筒體材料都選用了Q235-B），這類材料的組織在加熱時，長大傾向并不明顯。可以認為，坡口間距對焊接接頭及熱影響區(qū)金屬組織的影響是不大的�；蛘哒f，因焊接接頭及熱影響區(qū)金屬組織所引起的焊接接頭失效現(xiàn)象的因素要比焊接缺陷和應力變化所產(chǎn)生的影響小得多。
6 結(jié)論
   通過以上分析，造成管板與殼體連接焊接接頭失效的重要因素中，坡口尺寸大小是其中之一。因為坡口尺寸大小對焊接接頭內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生及熱影響區(qū)的焊接殘余應力大小有著重大的影響，坡口越大，焊接缺陷產(chǎn)生的可能性增加，焊接殘余應力增加。在焊接實踐中，可以通過選擇合適的坡口尺寸，配以合理的焊接工藝參數(shù)，盡可能降低焊接接頭及熱影響區(qū)的焊接殘余應力，則可以減少此類失效現(xiàn)象的發(fā)生，從而減小生產(chǎn)中的經(jīng)濟損失。
參考文獻
[1]霍立興.焊接結(jié)構(gòu)的斷裂行為及評定[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000，6.
[2]全國壓力容器委員會標準化委員會.GB150-1998，鋼制壓力容器[S].
[3]全國壓力容器委員會標準化委員會.GB151-99，管殼式換熱器[S].
[4]陳祝年.焊接設計簡明手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1997，3.

相關論文查閱：大學生論文、工商財務論文、經(jīng)濟論文、教育論文  熱門畢業(yè)論文

【管板與殼體連接焊接接頭失效原因分析】相關文章：

化療病人拒絕PICC置管的原因分析及對策08-04

某飛機機型典型連接結(jié)構(gòu)密封劑失效問題探析論文04-25

灌注樁施工堵管的原因分析和監(jiān)控措施論文08-13

CR廢片原因分析08-29

淺析筏板基礎混凝土裂縫產(chǎn)生原因及預防06-10

管樁的應用和研究現(xiàn)狀分析論文05-15

關于問題兒童出現(xiàn)的原因分析08-17

醫(yī)源性膽道損傷的原因分析及防治策略06-13

知識型員工流失原因分析06-15