某機械廠制造了一臺大型液氨貯槽，由于受當時熱處理爐能力的限制，沒有進行焊后消除應力處理，制造完畢后僅露天自然時效10個月就投入使用。因此，需要對其進行殘余應力測試，了解其殘余應力分布狀況。

貯槽簡況

液氨貯槽全長為13.324m，容積為48m³，設計壓力2.2MPa，操作壓力1.6MPa，由8條環(huán)焊縫和14條縱焊縫組焊而成。兩端為橢圓形封頭，主體材料為16MnR。

殘余應力測試概況

本次實驗采用盲孔法對液氨貯槽進行殘余應力測試，所用儀器為聚航科技生產的JHMK殘余應力測試系統，由JHYC靜態(tài)應變儀和JHZK專用鉆孔裝置組合而成。

布片原則：1.在筒體環(huán)焊縫和橢圓封頭上焊縫相交處，應變梯度大，殘余應力值較高處；2.筒體上最后一道環(huán)焊縫，了解環(huán)焊縫上最大縱向拉應力σ_x值；3.小接管閉焊縫處，拘束度大，了解其拘束應力狀況；4.人孔加強圈附近的縱焊縫與環(huán)焊縫的相交附近殘余應力水平；5.母材上布了一個測點，是為了了解母材鋼板冷卷后殘余應力水平。

測試結果及分析

下圖是實測殘余應力值與理論計算值

殘余應力分布規(guī)律

由于測點分布在液氨貯槽的焊縫上、貼合線上以及近縫區(qū)，即布在殘余應力拉伸區(qū)范圍內。因此，測點的縱向殘余應力σ_x平均值偏高，接近或達到材料的屈服極限，個別點的σ_x超過屈服極限20%，其應力分布符合理論上的分析。也就是說，最大值在焊縫的熔合線上，且受拉應力，偏離焊縫中心后逐漸縮小，最后為壓應力。該液氨貯槽的最高縱向殘余應力值σ_x在圓筒形殼體上最后一道環(huán)焊縫上。另外，圓筒形殼體與橢圓形封頭相交處，經返修補焊過的焊縫熔合線上的殘余應力也相當高。

誤差分析

1. 測量的基本誤差包括系統誤差和偶然誤差，包括應變片、應變儀和鉆孔三個方面。測試過程中，室外氣溫較高，對應變儀的精度有一定的影響，加之應變片的粘貼質量、鉆孔引起的誤差等。

2. 特殊誤差：鉆孔后，孔邊局部材料屈服，產生塑性變形，導致測量的釋放應變偏大，因而引起測量的計算應力偏高。個別點的殘余應力高于材料的屈服極限。這將嚴重降低測量精度，屬于特殊誤差。這是其一、其二是被測工件表面或厚度方向存在應力梯度，盲孔法測定中采用的應變花都具有一定的尺寸，測得的釋放應變是代表應變片面積上的平均釋放應變值，由于被測工件表面存在應力梯度，采用測量應變片位置的釋放應變值計算得到的應力值來代表圓孔中心位置的殘余應力存在一定的誤差，誤差的大小與應力梯度有關。

結論

實測殘余應力值與理論計算值基本相符，表明測試結果可靠，殘余應力的大小及分布規(guī)律與理論上的分析是一致的。對于未經消除應力處理，在自然時效10個月的液氨貯槽，近縫區(qū)的實際焊接殘余應力仍然很高。建議采用振動時效法來降低殘余拉應力σ_x，此方法適合大型復雜零件，操作簡單，省時省力，消除率高。另外，如有可能，采用便攜式電解拋光裝置對容器表面進行處理，減輕表面砂輪打磨引起的誤差。