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inconel600是一種鎳-鉻-鐵基固溶強(qiáng)化鎳基合金，700℃以下具有良好熱強(qiáng)性、較高耐腐蝕性和高塑性等優(yōu)點(diǎn)，可避免硫蝕引起的脆化。但其液態(tài)金屬流動性較差，焊接過程中易產(chǎn)生熱裂紋，形成未熔合缺陷，且inconel600合金線膨脹系數(shù)大，焊接過程中不均勻溫度場會導(dǎo)致焊后產(chǎn)生較高的焊接殘余應(yīng)力。本文采用振動時效消除inconel600焊接爐管焊接殘余應(yīng)力，并采用盲孔法測量振動時效前后殘余應(yīng)力，了解處理前后筒體殘余應(yīng)力的變化特點(diǎn)。

焊接方法及參數(shù)

試驗(yàn)爐管筒體內(nèi)徑為325mm，壁厚為8mm。爐管內(nèi)部分布6條筋板，中部在工作情況下要承受700℃的高溫，且處于腐蝕環(huán)境中。生產(chǎn)過程中，對處于嚴(yán)苛工作環(huán)境下的焊縫部位還需焊接包箍圈補(bǔ)強(qiáng)。筒體材料為inconel600，采用GTAW焊接方法焊接，整段爐管由6段拼焊完成，開V形坡口焊接。

振動時效工藝

振動時效是將激振器加持在工件上，用橡膠墊將工件支撐，通過控制器調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。使工件處于共振狀態(tài)，讓工件需時效的部位產(chǎn)生一定幅度和一定周期的交變運(yùn)動并吸收能量。使工件內(nèi)部發(fā)生微觀粘彈性力學(xué)變化，從而降低工件的局部峰值應(yīng)力和均化工件的殘余應(yīng)力場，達(dá)到防止工件變形與開裂，保證工件尺寸穩(wěn)定之目的。試驗(yàn)設(shè)備采用南京聚航科技有限公司的JH-700A智能頻譜交流振動時效設(shè)備。   

振動時效前采用不同的速度和頻率測得焊接爐管存在4處共振點(diǎn)。對共振點(diǎn)振動時效15min后，再次對4處共振點(diǎn)檢測。

盲孔法測量爐管殘余應(yīng)力

采用盲孔法測量爐管殘余應(yīng)力。振動時效前測點(diǎn)主要分布在爐管環(huán)縫A上，測量點(diǎn)1,3,5位于熔合線處，測量點(diǎn)2,4位于焊縫中心處，其中2號點(diǎn)位于環(huán)縱焊縫相交處。為了對比振動時效前后應(yīng)力狀態(tài)，振動時效后的檢測點(diǎn)選用同一條環(huán)焊縫，在原檢測點(diǎn)的對稱面選取測試點(diǎn)。

測試結(jié)果分析

對比振動時效前后加速度與轉(zhuǎn)速曲線圖，振后共振點(diǎn)部分略向左移，峰值變窄，加速度峰值比振前升高，達(dá)到了振動時效效果。

表1 爐管殘余應(yīng)力測試數(shù)據(jù)

殘余應(yīng)力測試結(jié)果見表1，振動時效前焊縫中心到熔合線10-15mm寬度都處于較高的拉伸應(yīng)力狀態(tài)。3號測點(diǎn)*大主應(yīng)力峰達(dá)750MPa。該筒體直徑與厚度比很大，可視為平板對接模型，焊縫中心是拉應(yīng)力高點(diǎn)。從測試數(shù)據(jù)可以看出，振動時效后，各點(diǎn)殘余應(yīng)力顯著降低，原*大應(yīng)力峰值降低至194Mpa，測點(diǎn)3、4、5的應(yīng)力均勻化程度較大。測點(diǎn)5的應(yīng)力降幅最小，成為振動時效后應(yīng)力*大點(diǎn)。

初始應(yīng)力分布對振動后的應(yīng)力重新分布有顯著影響，由于振動引起的應(yīng)力均化作用，壓應(yīng)力或低應(yīng)力趨向正應(yīng)力。但不大于實(shí)測峰值應(yīng)力。由于爐管焊接結(jié)構(gòu)的復(fù)雜和特殊性，5個測試點(diǎn)都為較高的拉應(yīng)力，振動時效可以有效降低并均勻爐管環(huán)焊縫上的焊接殘余應(yīng)力，使焊后焊縫區(qū)至熔合線處的拉伸應(yīng)力得以松弛。

經(jīng)過振動時效后，除測試點(diǎn)5之外，其余測試點(diǎn)的應(yīng)力消除率都在70%以上，說明了振動時效對降低殘余拉應(yīng)力起到了顯著的效果。

結(jié)論

1. 盲孔法殘余應(yīng)力測試結(jié)果表明，inconel600爐管焊接后，環(huán)焊縫A由焊縫中心到熔合線約10-15mm寬度都處于較高的拉伸應(yīng)力狀態(tài)。

2. 爐管環(huán)縫A焊后*高焊接殘余應(yīng)力高達(dá)752MPa。振動時效使該點(diǎn)殘余應(yīng)力降低至194MPa。

3. 振動時效降低并均勻了爐管環(huán)焊縫A上各點(diǎn)的殘余應(yīng)力，處于較高拉應(yīng)力的測試點(diǎn)，振動時效后的應(yīng)力消除率都高于70%。