談不銹鋼復合板壓力容器焊接疲勞

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摘要:不銹鋼復合板壓力容器應用范圍廣，貯存、運輸的氣體存在危險性，這就對不銹鋼復合板壓力容器質量要求極高，但不銹鋼復合板壓力容器是由焊接接頭制作而成，是以焊接接頭的壽命對不銹鋼復合板壓力容器具有直接影響，為此提出不銹鋼復合板壓力容器焊接接頭的疲勞分析。通過計算焊接接頭疲勞系數，從而判定不銹鋼復合板壓力容器焊接接頭疲勞程度；通過實驗論證分析，對比不銹鋼復合板壓力容器焊接接頭疲勞分析方法與傳統(tǒng)方法分析焊接接頭實驗產生的誤差率，從而證明本文提出的焊接接頭疲勞分析方法分析結果更準確。

關鍵詞：焊接接頭；疲勞；系數；壓力容器；不銹鋼

復合板壓力容器是被廣泛應用于各行各業(yè)的一種容器，它密封程度高、抗壓能力強、具有極強的耐腐蝕性，基于不銹鋼復合板壓力容器這些特點，主要被應用在化工和石油化工領域，用于貯存、運輸有壓力的氣體或液化氣體[1]。像各類壓縮機和制冷壓縮機的輔機也都是應用不銹鋼復合板壓力容器，由此可見不銹鋼復合板壓力容器的重要性。而在制作不銹鋼復合板壓力容器過程中，需要使用焊接工藝，然而不銹鋼復合板壓力容器作用極大，貯存、運輸的氣體危險性極大，十分考驗焊接接頭牢固程度，一旦焊接接頭出現(xiàn)問題，會造成難以挽回的損失，這就要求不銹鋼復合板壓力容器焊接接頭工藝必須穩(wěn)定、安全[2]。是以提出對不銹鋼復合板壓力容器焊接接頭的疲勞程度分析，保證不銹鋼復合板壓力容器焊接接頭在使用的過程中出現(xiàn)任何問題，確定不銹鋼復合板壓力容器焊接接頭壽命，從而及時對不銹鋼復合板壓力容器焊接接頭進行維修，或者對不銹鋼復合板壓力容器回爐重造，確保不銹鋼復合板壓力容器在使用過程中不會出現(xiàn)安全隱患。

1不銹鋼復合板壓力容器焊接接頭疲勞分析

在制作不銹鋼復合板壓力容器過程中的焊接接頭會影響不銹鋼復合板壓力容器整體壽命，然而不銹鋼復合板壓力容器主要應用于化工和石油化工行業(yè)，貯存、運輸危險氣體，對不銹鋼復合板壓力容器的安全要求極高，為保證不銹鋼復合板壓力容器使用安全，對不銹鋼復合板壓力容器焊接接頭疲勞分析。通過分析不銹鋼復合板壓力容器焊接接頭疲勞系數和疲勞程度，從而確定不銹鋼復合板壓力容器使用時間，從而保證不銹鋼復合板壓力容器使用安全。

1.1不銹鋼復合板壓力容器焊接接頭疲勞系數

想要分析不銹鋼復合板壓力容器焊接接頭疲勞程度，就必須先知道不銹鋼復合板壓力容器焊接接頭疲勞系數，疲勞系數的準確度將決定疲勞程度的準確度[3]。其中焊接接頭疲勞系數與熱點應力系數和缺口應力系數有關。已知熱點應力與焊接接頭腐蝕程度有關，焊接接頭被腐蝕出坑的深度和寬度與熱點應力成正比關系，則有：式中tK代表熱點應力，r代表焊接接頭被腐蝕出坑的深度，w代表焊接接頭被腐蝕出坑的寬度。已知焊接接頭缺口應力與缺口半徑、缺口深度有關，缺口應力與缺口半徑、深度成正比關系，則有：式中fK為焊接接頭缺口應力，l為焊接接頭缺口半徑，a為焊接接頭缺口深度。由（1）式和（2）式可以得知熱點應力和缺口應力。而熱點應力和缺口應力與焊接接頭疲勞系數成正比關系，已知焊接接頭的疲勞系數為F，將（1）式和（2）式帶入，則有： 通過（3）式可以確定焊接接頭疲勞系數，焊接接頭的疲勞系數得出的質量等級如表1所示。其中1質量最差，7質量最好。焊接接頭疲勞系數越高，焊接接頭疲勞程度越高[4]。

1.2判定不銹鋼復合板壓力容器焊接接頭疲勞程度

由1.1的計算可知，不銹鋼復合板壓力容器焊接接頭疲勞程度由焊接接頭疲勞系數決定，隨著循環(huán)次數增多，則有:其中是焊接接頭疲勞程度，是以可以確定不銹鋼復合板壓力容器焊接接頭疲勞程度與焊接接頭疲勞系數和循環(huán)次數成正比。然而焊接接頭系數與熱點應力和缺口應力有關，由此可以確定不銹鋼復合板壓力容器焊接接頭疲勞程度與熱點應力和缺口應力有關，也可以直接通過熱點應力和缺口應力直接判定不銹鋼復合板壓力容器焊接接頭疲勞程度[5]。由（4）式可知，焊接接頭疲勞系數越高，不銹鋼復合板壓力容器焊接接頭疲勞程度越高。

2實驗論證分析

為保證本文提出的不銹鋼復合板壓力容器焊接接頭疲勞分析方法有效性，進行試驗論證分析。通過判定實驗產生的誤差率，對比論證本文提出的不銹鋼復合板壓力容器焊接接頭分析方法與傳統(tǒng)分析方法。在實驗過程中，保證實驗使用的不銹鋼復合板壓力容器焊接接頭位置、長度、缺陷一致。實驗結果如圖1所示。在圖1中可以發(fā)現(xiàn)，隨著實驗次數的增加，本文提出的不銹鋼復合板壓力容器焊接接頭疲勞分析方法隨著實驗次數增加，得出的誤差率沒有明顯變化，而傳統(tǒng)分析方法隨著實驗次數的增加，誤差率不斷隨著實驗次數增高。做第一次實驗室時，本文提出的分析方法產生的誤差率與傳統(tǒng)分析方法產生的誤差率相等，誤差率差為0，隨著實驗次數增加，兩種方法之間誤差率差也在不斷增大，做第二次實驗時，本文提出的分析方法產生的誤差率與傳統(tǒng)分析方法產生的誤差率差為0.05，做第三次實驗時，本文提出的分析方法產生的誤差率與傳統(tǒng)分析方法產生的誤差率差為0.1，做第4次實驗時，本文提出的分析方法產生的誤差率與傳統(tǒng)分析方法產生的誤差率差為0.15，做第五次實驗時，本文提出的分析方法產生的誤差率與傳統(tǒng)分析方法產生的誤差率差最大，誤差率差為0.25。由此可見，本文提出的不銹鋼復合板壓力容器焊接接頭疲勞分析方法比傳統(tǒng)分析方法產生的誤差率更小、結果更準確，可以更精準分析出不銹鋼復合板壓力容器焊接接頭疲勞程度，從而確定不銹鋼復合板壓力容器使用時間，保證不銹鋼復合板壓力容器質量安全。

3結束語

綜上所述，不銹鋼復合板壓力容器應用廣泛，盛裝各種氣體和液體，承載著極強的壓力，是以對不銹鋼復合板壓力容器質量要求極高，然而在制作過程中，不銹鋼復合板壓力容器存在焊接工藝，影響不銹鋼復合板壓力容器質量安全，由此可見焊接接頭的壽命直接影響著不銹鋼復合板壓力容器的壽命。是以不銹鋼復合板壓力容器焊接接頭疲勞分析具有十分重要的意義。因為只有確定不銹鋼復合板壓力容器焊接接頭的安全問題和壽命，才能保證不銹鋼復合板壓力容器的安全質量，確定不銹鋼復合板壓力容器使用年限。由此可見必須不斷研究不銹鋼復合板壓力容器焊接接頭疲勞分析方法，精確不銹鋼復合板壓力容器焊接接頭疲勞程度，從而保證不銹鋼復合板壓力容器質量安全。

參考文獻

[1]呂堂祺,丁凱,施睿贇等20鋼-鋁青銅焊接接頭的組織和高周次疲勞性能研究[J].上海金屬,2020,42(01):13-16+22.

[2]毛鎮(zhèn)東,韓曉輝,龐西南等6061-T6鋁合金激光-MIG復合焊廣域環(huán)境下疲勞性能研究[J].電焊機,2020,50(01):83-87+127-128.

[3]魏世同,姜海昌,陸善平.快捷貨車轉向架用Q345E鋼板焊接接頭疲勞性能研究[J].電焊機,2020,50(01):105-108+113+129.

作者：袁紅 沈強 單位：大連鍋爐壓力容器檢驗檢測研究院有限公司