相关焊接残余应力对压力容器疲劳裂纹扩展的影响

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1、维普资讯http://www.cqvip.com笫24巷第2期吉林化工学院学报VoI_24No．22007年4月JOURNALOFJILININSTITUTEOFCHEMICALTECHN0L0GYApr．2007文章编号：1007-2853(2007)02-0061-03焊接残余应力对压力容器疲劳裂纹扩展的影响万秀琴，高明宝(1．吉化集团机械有限责任公司研究所，吉林吉林132021；2．吉林石化公司营销储运部，吉林吉林132022)摘要：给出了焊接残余应力对压力容器疲劳裂纹扩展的影响，采用断裂力学理论分析疲劳行为，引用了裂纹张开率u和有效应力强度因子幅

2、值AK的概念．关键词：焊接残余应力；疲劳裂纹扩展；压力容器中图分类号：TG115．28文献标识码：B目前一些大型压力容器的制造多采用焊接在非焊接结构中，其裂纹扩展的有效应力强成形，焊缝常在容器壳体的曲率突变处，若不要求度因子幅值AK。为：整体退火，这就必然存在焊接残余应力．△K=AK·U(3)考虑一种由圆锥和圆柱焊接成的凸锥柱结合：。卫f4、、容器壳体，在周期性循环载荷作用下的疲劳扩展．m“一min其中主要分析焊接残余应力的影响，由于凸锥柱式中：U为裂纹张开率，它是应力比的函数；U=结合处的曲率改变而造成应力集中，成为疲劳破0．381R，+0．411R+

3、0．2R，+0．53；。。为裂纹张坏的敏感部位，是焊缝存在的地方，因此，焊接残开应力io"、．为与循环载荷相对应的最大、最余应力对疲劳扩展必然产生影响．小应力．本文引用了裂纹张开率和有效应力强度因子在残余应力场中的应力强度因子，可引用弹幅值的概念，通过应力比的变化给出其影响系数．性叠加原理，由两部分组成：K=+(或=i+)(5)1残余应力场中的有效应力强度因式中：—i为外载荷最大、最小值对应的应力子幅值强度因子；为焊接残余应力强度因子．在残余应力场中的实际应力比，为：目前，在工程实际中计算疲劳列纹扩展速Kmin+K,(6)=率，仍然多采用Paris的半经

4、验公式r(6)a其裂纹张开率是应力比的函数：=C(AK)(1)ⅡⅣUr=R)(7)式中：AK为应力强度因子幅值．关系式(7)可通过不同材料的疲劳试验来获在半椭圆形表面裂纹时得(见图1)．K=一i从图l可看出上述两曲线基本上是吻合的．这说明，对于不同材料的试验结果是相同的，即裂△仃√(sjn20+-~-COS2(2)纹张开率与材料本身没有关系．其次，对于母材和众所周知，在结构疲劳试验中，应力比R(=对接焊缝，应力比对裂纹张开率的影响不大，也就i／)将明显影响疲劳裂纹扩展速率．若有相是说对于焊接与非焊接的关系也不重要．于是，图同的应力强度因子幅值，其循环载荷

5、的应力比愈l中的曲线带有通用性．因此，用图l曲线来代表高，其裂纹扩展速率愈大．(7)式．残余应力场中的应力强度因子幅值收稿日期：2007—03—22作者简介：万秀琴(1971一)，女，吉林和龙人，吉化集团机械有限责任公司研究所设计员，主要从事压力容器设计方面的工作．维普资讯http://www.cqvip.com林化工学院学报△K为：残余应力及其分布情况．现在汁算焊后的残余应△=(+)一(i+K，)力值多采用物理方法，通过电子仪表及传感器进=Km一i=AK(8)行实地测量．如盲孔法、磁法、身0绒法等．一般地，都对构件表面进行测量，对内部——厚度方向即使测

6、量也缺乏准确性．因此，大多数认为残余应力沿厚度方向是不变的．这对于薄的焊接件，如板和壳组成的压力容器来说，这种假定引起的误差不鼍会太大．巅对残余应力的取定，视疲劳裂纹扩展的位置在图中查出．根据已有试验结果、大部分疲劳破坏都发生在焊缝的焊趾处并在锥壳一边．由此：-U·(10)=0．28~rsJ’应力比=(急蕞)3应力比R的计算由(6)式可知，应力比R是两种应力强度因子的函数．一是外部循环载荷年产生的，另一是焊接残余应力所形成的．它们都应由下式计算：K=√(sin-~。-eos2(11)选择压力容器的失效准则是其疲劳裂纹扩展至贯穿壳板板厚的情况．半椭圆形表面

7、裂纹的扩展深点(0=71")与失效判据有关，因此上式可简化为：应力=()K=√孑(12)图1应y-j比裂纹开率的影响将载荷应力和焊接残余应力分别代入(11)式，可获得所需的，i和K．是板厚这样一来，残余应力场中的应力强度因子幅影响系数；Q是裂纹形状因子；可由计算给出，值是和非残余应力场中的值是相同的．只是由于这里给出其解析表达式：残余应力的存在而引起的应力比的变化，因此要对其应力强度因子幅值进行修正．其修正或影响B筹【⋯．33】系数就是它的裂纹张开率，．这时(3)式为：1+。．12(卜tI-a)=(13)△KIf：△K·(9)f这就是残余应力场中的有效应

8、力强度因子Q=1+4．64(1一幅值．式中：R为圆锥壳最大直径；t为圆锥壳壳板厚