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篇1：管板与壳体连接焊接接头失效的结构因素论文
管板与壳体连接焊接接头失效的结构因素论文
摘 要:通过对焊接接头性能影响因素的分析和实验,调整相应的结构参数和焊接工艺参数,防止焊接接头缺陷的产生,提高接头机械性能,从而提高产品的使用寿命,减少损失,节约了材料。
关键词:焊接接头;失效分析;结构因素
热交换器产品中的固定式不带法兰的管板与壳体的连接焊接接头是产品上的主要焊接接头,制造过程中焊接接头内部组织的缺陷,如夹渣、气孔、未熔合、未焊透、裂纹以及组织粗大等,将影响焊接接头的机械性能,也影响产品使用的可靠性,给使用单位带来不必要的经济损失,是个不可忽视的问题。通过对焊接接头性能影响因素的分析和实验,调整相应的结构参数和焊接工艺参数,防止焊接接头缺陷的产生,提高接头机械性能,从而提高产品的使用寿命,减少损失,节约了材料。
1 问题的提出
在产品生产过程中,焊接结构参数、焊接工艺参数、焊接前的准备和操作方法等因素都会影响焊接接头的质量,在焊接时就要通过控制相关技术参数来控制焊接接头内部质量,尽可能提高焊接接头的机械性能。在诸多技术因素中以结构参数和焊接工艺参数对焊接接头质量影响最大,为此,坡口尺寸变化对焊接接头质量的影响及焊接工艺参数对焊接接头质量的影响是本课题的主要内容。
通过研究不同尺寸的坡口用相同焊接工艺参数下焊成的接头在焊接接头组织、机械性能、焊接应力分布的变化;比较对焊接接头质量影响最小的结构尺寸,选出最优技术参数。
2 坡口尺寸的确定
产品的设计坡口尺寸如图1所示,其中,管板车边尺寸为0.25δ,与壳体组对后坡口间隙为0.4δ1,具体根据不同的板厚在国家标准中有明确的规定。
本课题根据中生产单位的实际情况,δ和δ1的取值如表1。根据表中的数据,按《钢制压力容器》标准的有关规定,可以分别计算出管板车边尺寸和坡口间隙尺寸,也列于表1中。
在本次试验中,为了减少工作量,试件的坡口组对成大小端,最大值取6mm,最小值取1mm。虽然该值与国家标准的要求有出入,但符合焊接工艺中保证焊接接头质量的有关要求,对试验结果的正确性影响不明显。
3 模拟试验与检测
为保证结构参数对焊接接头的组织、应力和机械性能等方面影响的试验结果准确,在焊接过程中,要求焊接工艺参数保持不变。
本试验的试件结构与产品实际使用的结构相近。对焊接接头的检测主要包括焊接接头热影响区应力值、机械性能测试和热影响区组织分析。
3.1应力测试
应力测试时采用了应力释放法。
通过焊接接头区或焊接热影响区某点处的应变量测试,计算出该点的应力值。用此法检测比较简单,所需测试设备简便。虽然数据不够准确,但同一试件测试的数据有对比性,对本课题来说完全符合要求。
测试时,为使焊接热影响区的.应力相对准确且有对比性,试验时选焊接接头焊趾两侧5mm处平行于焊接接头中心线的直线上作为测试焊接应力的位置,并以5mm的间距为一测试点,两侧两端各测6点。
3.2机械性能测试
应力测试后的试件用机械加工的方法加工成拉伸试样,测试其机械性能。
4 数据分析
4.1测试点应力与焊接接头距离的关系
以上数据表明,离焊接接头不同的距离的各点间的应力是不同的。离熔合线越近,应力值越大;离熔合线越远,应力值越小。表明高温区更易产生较高的应力。
4.2坡口间距对应力的影响
坡口间距对应的影响也较为明显,从表中可以看出,坡口间距越大,应力值也有明显的增大,最大间隙处应力值(为最小间隙处应力值的3.5倍左右)。从理论上分析,坡口越大,需填充的金属越多,焊接时热作用时间越长,温度也越高,因而产生更大的应力。
4.3坡口间距对机械性能的影响
可以看出,坡口间距对机械性能的影响较小,但坡口间距对缺陷有较大的影响。两个试样都做了宏观金相检查,坡口间距越小,未焊透缺陷倾向增加。所以,坡口间距间接地影响了焊接接头的强度,降低疲劳强度。
5 金相分析
在相应的最大坡口端和最小坡口端,分别取试样进行金相分析,对比母材金相,组织变化差异很小。可见,因所用材料为普通碳素结构钢(管板和筒体材料都选用了Q235-B),这类材料的组织在加热时,长大倾向并不明显。可以认为,坡口间距对焊接接头及热影响区金属组织的影响是不大的。或者说,因焊接接头及热影响区金属组织所引起的焊接接头失效现象的因素要比焊接缺陷和应力变化所产生的影响小得多。
6 结论
通过以上分析,造成管板与壳体连接焊接接头失效的重要因素中,坡口尺寸大小是其中之一。因为坡口尺寸大小对焊接接头内部缺陷的产生及热影响区的焊接残余应力大小有着重大的影响,坡口越大,焊接缺陷产生的可能性增加,焊接残余应力增加。在焊接实践中,可以通过选择合适的坡口尺寸,配以合理的焊接工艺参数,尽可能降低焊接接头及热影响区的焊接残余应力,则可以减少此类失效现象的发生,从而减小生产中的经济损失。
参考文献
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篇2：纤维缠绕壳体前后接头连接密封结构强度和刚度计算与试验
纤维缠绕壳体前后接头连接密封结构强度和刚度计算与试验
分别用铁摩辛柯材力法和本文提出的`半离散、半解析方法,对固体火箭发动机燃烧室复合材料壳体前后接头连接密封结构的强度与刚度进行了理论分析与计算,并和试验结果进行了对比.
作 者：伍天健 WU Tian-jian 作者单位：航天科工集团六院四十一所,呼和浩特,010010 刊 名：强度与环境 ISTIC英文刊名：STRUCTURE & ENVIRONMENT ENGINEERING 年，卷(期)：2009 36(2) 分类号：V435 关键词：固体火箭发动机 强度 刚度 密封连接结构 试验篇3：大型金属焊接结构-箱形井架焊接工艺与失效分析的论文
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.022
箱形井架是一种我国在上世纪九十年代初由外国引进到国内的一种大型金属焊接结构，由于其相比于我国较为传统的焊接结构有着具有许多良好的优势，一经引进便被国内许多的煤矿建设企业的设计人员和决策人员表示赞赏，并且快速将其深入研究透彻，而后根据我国的实际情况来进行略微的调整，最后便被大范围地投入使用，即使到了现在，箱形井架的焊接结构也依然是现代化煤矿的标志性建筑结构。但是这种金属焊接结构虽说已经投入使用了挺长一段时间，但是金属焊接的失效问题仍然时有发生，并且由于金属焊接失效而造成的灾难性事故也不在少数，金属焊接失效问题一直以来都是煤矿建设企业最为重视的问题，必须对金属焊接失效的原因进行深入的分析，找到相应的处理方案，才能够保证箱形井架焊接工艺对煤矿建设企业带来的正面作用。
1 导致箱形井架失效的原因和影响因素
要想避免和预防箱形井架由于焊接失效或是制作工艺方面的原因而造成严重的灾难性事故，就必须要先对造成箱形井架失效的原因以及影响因素进行深入的分析，而后再提出相应的基础措施。
根据统计数据进行分析，笔者发现导致箱形井架失效的影响因素大致分为三种，分别是金属结构设计、金属材料的选择以及制造和安装的工艺与质量水平。 而在这三种影响因素当中，金属结构的设计和焊接是最常出现，同时也是最为重要的影响因素，导致箱形井架结构失效的问题大多都与金属结构焊接的特殊热加工工艺息息相关。
在制作工艺方面会造成箱形井架失效的主要原因之一便是裂纹。而裂纹则又细分为三种类型，其一是指在金属材料当中有某一个部分存在缺陷以及裂纹，其二是指在箱形井架结构的焊接过程当中出现的焊接裂纹或其他焊接缺陷，其三则是指箱形井架在天轮长期受到升降罐笼的循环，因为交变载荷的作用导致箱形井架的焊接缝隙被不断拉伸和压缩，从而出现了疲劳裂纹和应力腐蚀裂纹。
而导致箱形井架失效的原因则大致可以分为两种，其一是由于焊接裂纹以及其他的焊接缺陷而导致箱形井架结构焊接失效；而其二则是由于金属材料经受到反复的焊接热循环和由于焊接应力而出现焊接变形，从而导致金属材料的材质性能骤降，并且与产品的尺寸出现了偏差，以至于产品的质量十分不理想。以上两种情况都很可能会导致箱形井架结构焊接失效，最终甚至会引起灾难性事故的发生。
2 相应的`技术措施
2.1 遵守国家现行的标准
首先，箱形井架的焊接必须要遵守国家现行的《钢结构设计规范》中的标准来进行设计，并且按照相关的规范标准合理选择金属材料，最好是以韧性高的为优先选择，这样便能够确保箱形井架在建设完成后有着较高的脆断抗性。并且焊接缝隙的布置必须具备较高的合理性，切忌焊缝过密或是使用十字焊缝，这些都可能导致焊缝之间的距离布置存在问题。而且在厚度以及截面出现变化的部分需要尽量使用圆滑过渡，切忌出现大量的拐角和死角这类应力容易集中的部分，同时还要注意不可在箱形井架的主焊缝和高应力部分焊接其他的附件，这对于箱形井架的结构十分不利。还需要注意的是，在进行强度核算的时候需要保证箱形井架的安全系数是过关的，并且最好使用应力集中最小的对接接头，确保母材和焊缝之间的过渡足够平缓。
2.2 制作工艺的质量水平
在箱形井架的制作工艺方面，最需要注意的是材料的质量，只有符合图纸和设计要求的材料才能够保障箱形井架的质量水平，并且必须有严格的施工工艺规范，制定详细的焊接工艺要求，确保焊接材料和母材有着较高的匹配程度，并且在焊接完成后要进行焊接工艺评定。其中最需要严格把控的便是材料以及焊材的代用制度，必须要确保有着较高的可焊性，否则一旦出现焊接缺陷，便会直接影响到箱形井架的质量，甚至可能会造成严重的灾难性事故。除此之外还需要注意焊接方法以及工艺参数的合理性，严格按照流程来进行装配焊接工作，确保接头形式的合理性，这样便能够有效减少焊接残留下来的应力。
3 结语
综合上文所述，根据上文对箱形井架焊接失效的原因分析，我们可以看出，箱形井架焊接失效大多都是因为在材料材质的选择方面、设计方面以及焊接工艺方面没有按照国家现行的相应规范、标准以及准则来进行，从而导致箱形井架结构的焊接失效，引起重大的灾难性事故，直接危及到企业的发展，甚至危害到社会群众的人身安全以及财产安全。所以对于煤矿建设企业来说，遵守国家相关的法律法规以及规范标准是极为重要的，只有这样，才能够切实的提高箱形井架的焊接强度，不断的增加箱形井架的寿命周期，最大程度的保障箱形井架的竖立足够具有安全性，从而进一步的促进我国煤矿行业的健康的、快速的、可持续的发展。
参考文献：
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★ 物质结构理论文
管板与壳体连接焊接接头失效的结构因素论文（共3篇）
