三峡压力钢管爆炸法消除焊缝应力的应用

2. 1 试验材料 H IT EN 610U 2 和 610F 调质高强钢板是一种
含碳 (C )、硫 (S) 量很低的 C r- M o - V 系合金钢, 有 着优良的综合力学性能。表 1 为该钢的化学成分, 表 2 为力学性能。
表 1 H IT EN 610U 2 化学成分 %
C Si M n P S N i Cr M o Cu V
西北水电·2004 年·第0 (2004) 01—0045—03
三峡压力钢管爆炸法消除焊缝应力的应用
欧阳明之1, 张永东2, 赵继江2
(1. 国家电力公司西北勘测设计研究院, 西安 710065; 2. 中国水利水电第三工程局, 西安 710016)
关键词: 压力钢管; 消除应力; 爆炸; 焊缝 摘 要: 近年来, 国内外水电站引水压力钢管的设计上较多使用大厚度的高强钢材料。对于减少引水压力钢管制造 和安装焊接中产生的应力, 特别是调质状态的高强钢压力钢管的焊接应力, 国内外报导不多。三峡工程引水压力钢 管应用爆炸方法消除焊缝残余应力, 对其它类似工程可起借鉴作用。 中图分类号: TV 547. 6 文献标识码: B
面的焊缝上, 部分在试板中心部位沿垂直焊缝的方
向测取了残余应力分布情况。
表 3 为对接试板原始焊接残余应力检测数据,
图 2 为试板的测量位置示意图。
表 3 对接试板原始焊接残余应力检测结果 (Ρx Ρy) M Pa
测点位置 焊 缝
凹面 465 592
对接试板
(546 641)
凸面 310 73
熔合线 热影响区1) 母材2)
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西北水电·2004 年·第 1 期
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及母材的拉伸、弯曲、冲击韧性和硬度的影响和变化
情况进行了检测。结果表明, 爆炸消除应力处理没有
考虑到上述原因, 拟用爆炸法消除焊接残余应 力则能避免传统的热处理消应方案所带来的弊端。 在此主要对爆炸法消除焊接残余应力进行了研究试 验和应用。 必须根据压力钢管消除焊接残余应力的 要求及指标, 研究制定合理的爆炸处理施工工艺和 应力检测方案, 同时应弄清爆炸冲击波对材料基本 力学性能的影响, 在保证质量的前提下, 有效地减少 引水压力钢管制造和安装焊接中产生的应力。 确保 工程的顺利开展和完成。
0. 24
0. 13～ 0. 16
0. 23
0. 04
表 2 H IT EN 610U 2 力学性能
取样 位置
设计值 1 4 厚度
抽检 实测值 ∆= 60
冷弯
冲击韧性 J
Ρs
Ρb ∆5 180° - 40°C
应变时效后
M Pa M Pa % d= 3a 平均值 单个值 平均值 单个值
490 610～ ≥20 完好 ≥40 ≥28 ≥47 ≥33 740
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欧阳明之, 张永东, 赵继江. 三峡压力钢管爆炸法消除焊缝应力的应用
2 关于爆炸消应处理的工艺评定试验
Key W ords: p en stock; relieving st ress; b la st ing; w eld ing seam Abstract: In recen t yea rs, the hyd ropow er p ro ject design a t hom e and ab raod often adop t s th ick h igh st reng th steel m a teria l fo r head race p en stock. How ever, the repo rt is few on reducing st ress occu rred in w eld ing of fab rica t ion and in sta lla t ion of head race p en stock s, p a rt icu la rly the w eld ing st ress in h igh st reng th steel p en stock s in sea son ing sta te. T he app lica t ion of p en stock b la st ing m ethod fo r relieving the residua l w eld ing st ress in T GP m igh t p rovide reference fo r o ther sim ila r p ro ject s.
Appl ica t ion of pen stock bla st ing m ethod for rel iev ing weld ing stress in TGP OU YAN G M ing2zh i1, ZHAN G Yong2dong2, & ZHAO J i2jiang2
(1. Ch ina H yd ro N o rthw est Invest iga t ion, D esign & R esea rch In st itu te, X i’an 710065; Ch ina 2. Ch ina H yd ro N o. 3 Con st ruct ion B u reau, X i’an 710016, Ch ina)
果, 试验选择盲孔释放法。它是一种目前国内外较为 通用的焊接残余应力测量方法, 已于 1973 年列入美
双向残余应力的分布特征曲线。 爆炸处理前后残余应力检测结果十分明显, 削 减了残余应力峰值, 爆炸处理可以获得显著的消除 焊接残余应力效果。 2. 5 爆炸冲击波对材料力学性能的影响检测
爆炸冲击波对材料性能有无影响也是需要进行 研究和检测的, 试验对爆炸处理前后冲击波对焊缝
139 18 (70 24) 153 - 50
热影响区1) 母材2)
母材3)
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
- 160 87 - 105 - 255 - 99 - 162
(- 56 - 133) (- 114 - 229) (- 126 - 184)
- 326 - 46 - 137 - 210 - 164 - 196
图 3 对接试板中心部位爆炸处理前后残余应力分布
表 5 爆炸处理前后焊接接头横向拉伸性能
状态 焊后 炸后
抗拉强度 M Pa 627, 635 630, 642
平均值 M Pa 631 636
断裂位置 母材 母材
表 6 爆炸处理前后的冲击韧性 (A kv ) J
0°C
- 20°C
焊缝
原始 炸后
121, 138, 168 142
以下的某一温度进行消除残余应力处理。然而, 对于 在调质状态的高强钢的压力钢管, 传统的加热的消 应方案将大大改变钢材的调质状态, 其结果是强化 效果降低, 抗拉强度下降。另外会使钢材的低温冲击 韧性值降低, 钢材的无塑性转变温度升高。因此必需 用另一种消除应力方案, 对三峡工程引水压力钢管 下水平段焊缝的残余应力进行消除处理。
图 2 对接焊接试板应力测量位置示意图 (阴影为应变片)
爆炸处理后的表面残余应力: 表 4 为对接焊接 试板采用特殊炸药爆炸处理后的残余应力检测结
果。 图 3 还给出了对接试板中心部位爆炸处理前后
图 1 爆炸工艺评定用对接焊接试板
2. 3 残余应力的测量和评价方法 为了方便准确地评价爆炸处理后的消除应力效
明显影响材料的力学性能。
表 4 对接和角接试板爆炸处理后残余应力检测结果
(Ρx Ρy) M Pa
测点位置 焊 缝
凹面 1# 凸面 对
凹面 接 2# 凸面 试
凹面 板
4#
- 57 64 20 - 100 - 65 328 270 - 214
6 98 (63 197)
凸面 - 151 - 197
熔合线 -
三峡工程左岸发电机组共 14 条引水压力钢管。 钢管直径 12. 4 m。 其 HD 值为 1 730 m 2, 每条全长 为 122. 8 m。 分有上斜直段、上弯段、斜直段、下弯 段、下 水 平 段。 下 水 平 段 材 质 为 日 本 产 H IT EN 610U 2 和 610F 的 60 kg mm 2 级的高强调质钢, 钢 板材料厚度 60 mm。
3 关于爆炸消除焊缝应力的实际应用 和测试结果
通过对爆炸法消除焊接残余应力的研究试验, 证明采用爆炸法消除焊接残余应力, 对压力钢管焊 接残余应力的消除作用是明显的, 达到了应力削峰 作用, 使处理后的残余应力达到了不超过材料屈服 强度 50% 的要求。 按照工艺试验达到的结果, 试验 所制定的爆炸参数和应力检测方案, 可用于引水压 力钢管制造和安装焊缝实施爆炸法消除焊接残余应 力的实施。
设计值 ≤ 0. 15～ 1. 20～ ≤ 0. 09 0. 40 1. 60 0. 03
≤ 0. 02
≤ 0. 10～ 0. 10～ 0. 30 0. 30 0. 30
-
-
抽检 实测值
0. 06
0. 15～ 1. 22～ 0. 17 1. 33
< 0. 006
< 0. 22～ 0. 005 0. 24
母材3)
316 390 39 236 - 88 12 - 142 - 115
-
(- 68 202) (- 134 - 70) (- 213 - 213)
348 70 44 309 - 64 72 - 158 - 71