采用磁测法对球罐进行残余应力测量

某企业有两台3000m³液化石油气球罐，在*一次球罐定期检验时发现较多裂纹。经打磨修复处理后，间隔3年进行第二次开罐检测又检出许多裂纹。而导致这一现象产生的原因，是焊接残余应力的存在。因此准确测量球罐的焊接残余应力，是控制设备使用条件，延长使用寿命的重要环节。

目前残余应力测量方法分为有损和无损两大类，对于球罐的残余应力测量，企业希望采用无损检测，不能伤及球罐本体。而无损检测又分为磁测法、X射线法、超声波法等。其中磁测法和X射线发展较为完善，但X射线设备昂贵且笨重，不适合现场尤其是大型球罐残余应力测量。所以本次利用磁测法对两台3000m³液化石油气罐局部区域进行焊接残余应力测量。磁测仪采用聚航科技生产的JH-60三维应力磁测仪。

残余应力测量方案

标定试验

为了测出实际结构的残余应力，首先要选择与被测材料同样成分，同一热处理状态的试样做标定试验。将试件加工成拉伸试件，并在580±20℃下恒温40min，然后随炉降温，并保证升、降温速率小于50℃/h，以消除试件加工残余应力。

在材料液压*能试验机上，对试件进行定量逐级加载，应用磁测应力仪测取各载荷下试件电流值得大小，经数据处理计算，从而得到该材料在单位应力下试件电流变化量，即材料灵敏系数，以及*佳激磁电流值。

测试区域的选择

测点布置主要选择在有可能出现焊接残余应力较大的部位和出现较深或较多裂纹的部位，为了比较残余应力的需要，还要对残余应力较小的部位进行测试，所以本次选择测试区域的主要原则如下：

• 选在出现裂纹较深或较多的部位，*一次定期检验时检出超标裂纹，并进行了返修补焊的部位，两个球罐选择了3个测试区域；依据*一次球罐定期检验的报告，选择存在较长裂纹缺陷或裂纹较深或裂纹较集中的部位进行测试，两个球罐中共选择了10个区域作为测试区域；参考第二次定期检验所作的磁粉探伤及超声波探伤检测结果，选在裂纹缺陷深度较大的区域，在2#球罐选择了两个区域。
• 为了比较出现裂纹缺陷区域与无裂纹缺陷区域的残余应力状况，依据*一次定期检测报告，在球罐未发现裂纹缺陷部位选取了三个区域进行测试。
• 为了了解球壳纵焊缝的焊接残余应力大小以及分布情况，在1#球罐下温带C13球壳板与C15球壳板形成纵焊缝作为测试区域，测定此类焊缝存在的残余应力。而2#球罐则选在赤道带A4球壳板和A5球壳板间的纵焊缝，作为测试区域。

测试前对测量区域的表面进行打磨处理。然后根据已确定的测试方案，根据测试区域内测点之间的距离画出网格，以确定每个测试点位置。调试JH-60残余应力检测仪，并依据标定试验的结果，向磁测仪输入*佳激励电流，将探头对准各测点，分别测取各测点0°、45°、90°三个方向的电流值。并予以记录。经计算机数据计算处理，获得各测点的残余应力值。

残余应力测量结果与分析

根据确定的试验方案，对两台球罐的22个区域进行了残余应力测量，共形成688个测点，处理后得到这些点的残余应力值。并对试验数据进行分析，得出了以下三个结论：

• 球罐焊缝边缘残余应力水平

• 综合试验结果表明，两台球罐出现裂纹处区域的残余应力峰值大多数接近球罐材料的常温下屈服（σ=305MPa）；
• 不产生裂纹区域的残余应力峰值一般小于球罐材料常温下屈服限的60%；
• 球带中球壳板间形成的纵焊缝的焊接残余应力大小一般小于球壳材料常温下屈服限的60%。

• 球罐焊缝边缘残余应力性质

根据两台球罐焊缝残余应力的试验结果来看，球罐焊缝残余应力分布较为复杂；在大多数情况下，焊缝区的残余应力值较高，并且为拉应力，只有离焊缝较远的位置才出现压应力。

• 残余应力分布

从试验结果表明，此两台球罐残余应力分布有如下特点：

• 在大多情况下，球带间形成的环焊缝边缘存在较大的残余应力，且垂直于焊缝方向的残余应力大于平行焊缝方向的残余应力。
• 从试验结果得出；球壳环焊缝的*大残余应力大于球带内各球壳板对接形成的纵焊缝的*大残余应力。
• 出现裂纹处区域的残余应力明显大于检验中未发现裂纹区域的残余应力。
• 根据残余应力分布图所示，球罐焊接残余应力具有边缘应力特点，焊缝残余应力呈衰减波分布，且衰减梯度很大，从此次试验结果数据得出：高应力峰值均发生在离焊缝边缘1个壁厚范围内。
• 球壳焊缝区的残余应力明显大于母材的残余应力。

结论

• 从测试结果得出；两个球罐在焊缝边缘局部区域产生裂纹，与球罐本身该区域存在较大的焊接残余应力有着直接关系。
• 产生裂纹区域残余应力*大峰值明显的大于未产生裂纹区域的残余应力峰值，产生裂纹区域残余应力*大峰值已接近材料的常温下屈服极限；球罐焊缝区的残余应力大于母材区的残余应力。
• 为了消除球罐的安全隐患，需要对球罐裂纹较多的区域进行消除应力处理，降低或均化焊接残余应力，确保球罐的安全使用。