摘要：压力容器作为一种密闭容器，它既能够装载液体气体等物质，而又能承载物质所带来的压力，也是化工行业必不可少的储存原料的设备仪器。焊接质量是压力容器能否使用和影响容器寿命的关键因素，消除残余应力是保证压力容器质量和化工企业员工人身安全以及财产安全的重点之一。因此，本文主要分析了焊接残余应力的形成及危害，焊接残余应力的测量，消除焊接残余应力的对策以及关于消除焊接残余应力方法的评估及建议。
关键词：压力容器；焊接残余应力；消除对策
1引言
压力容器的焊接残余应力是非常有害的，压力容器大部分损坏，这与焊接残余应力有关。随着我国石油化工工业的发展，压力容器正朝着耐高温、高压或耐低温及大型化方向发展，这就给压力容器的制造提出了更高的要求。焊缝中的焊接残余应力是压力容器的隐患，它对结构的强度、稳定性和抗腐蚀性能具有很大的削弱或破坏作用，甚至造成严重事故。因此，有必要对焊接残余应力消除对策做深入的研究，以便为压力容器的合理设计、工艺选择、安全运行、检验和维修提供科学依据。
2焊接残余应力的形成及危害
在焊接过程中，一方面由于不均匀加热的温度梯度造成焊接区冷却收缩而产生热应力，另一方面由于在冷却中组织的转变引起的体积变化而造成了组织应力，这样焊件在冷却过程中由于焊接区体积变化受阻，即使温度回到原始的均匀状态以后，内应力仍然残留在结构中，这就是焊接残余应力。
它的危害表现在焊接区收缩时因受阻而发生拉应变，当超过材料的最大拉应变，则会在焊接区造成裂纹，当残余应力与焊缝中残存的氢结合时，还会促使热影响区硬化，导致冷裂纹及延迟裂纹的产生；焊接残余应力的存在还会降低焊接区金属的塑性和抗疲劳强度，这对承受动载荷的结构危害很大；同时当残余应力与特定介质的腐蚀作用结合时，还会引起裂纹状腐蚀，即所谓应力腐蚀，研究结果表明，变形和残余应力对金属材料的主要影响，在于使金属从均匀腐蚀转变为局部腐蚀!即转变为晶间或穿晶腐。
3焊接残余应力的测量
焊接残余应力的测量方法很多，一般可分为两大类：一类是机械测量法，另一类是物理测量法。机械测量又包括全破坏和半破坏两种，而物理测量法是一种无损测量方法，它包括x射线测定法、磁性测定法、超声波测定法，近年来，又有盲孔松弛法用于残余应力的测定。
机械测定方法的原理是用一定的方法将构件进行局部分离或分割，从而使残余应力被局部或全部释放，测定其释放应变，然后用力学计算的方法求出残余应力，这种方法已不常用。
物理测量方法，它的特点是无需将材料进行分离或分割，可利用材料的物理特性采用一定方法直接测量构件的残余应力。x射线和磁性测定法是利用晶体的x射线的衍射现象和材料的磁性来求出残余应力的大小及其分布状况。是根据声波在材料内的传播状态来测定残余应力的方法。盲孔松弛法是利用电阻应变片测定由于钻孔而释放的应变性状来判知焊件内残余应力的性状。
4消除焊接残余应力的对策
4.1超载法
在适当条件下通过对容器施加一定的外载荷来达到消除残余应力的目的的方法叫做超载法。通过将焊接造成的残余应力与在和形成的应力叠加形成合成应力，若材料的屈服极限高于合成应力时，材料会出现弹性状态且应变效果和应力大小呈直线关系；若材料的屈服极限等于合成应力，会使得产生的塑性变形随着外载荷的增加而增大，并且达到的屈服极限的范围也不断扩大，在塑性变形范围增加的同时，应力值略微增加或保持不变。
但由于压力容器的本体是连续的，卸载外载荷的过程中，弹性变形区域与曲阜变形区域都会以弹性状态回复，消除了大小为外载荷长生应力值大小的容器残余压力。
4.2整体热处理法
将整个焊接完成的压力容器按照一定的速度加热到50℃—70℃的温度，并在该温度下保温一段时间，通过使变形金属形成等轴晶粒的过程来消除晶体的缺陷、降低金属强度，同时提高金属韧性，最终达到减小、消除由焊接造成的残余应力的目的。但由于大部分压力容器体积都非常大，很难把它们轻易放入到加热炉进行热处理，所以通过不断的努力，发明了一种新方法，就是通过在容器外部覆盖上一层保温层，同时在压力容器内部进行高温加热或者采用电热对整个容器进行热处理。
4.3锤击法
锤击法最早被用来作为消除压力容器残余应力的手段之一，流程是用锤子用力均匀地锤击压力容器的焊缝区和近缝区的因焊接残余应力而变形的位置，能让压力容器横向塑性延伸，就会产生拉伸压力容器内残余应力的弹性应变，就可减小或消除在压力容器焊接时热量所产生的残余应力。对于因焊接残余应力而造成的金属裂纹也有一定的消除作用。
使用锤击法时要控制好力度和速度，避免使压力容器的金属材质进行二次变化，以避免提高废品产生的几率。压力容器的底部因为要装载化工原料和承受一定压力的缘故，因此尽量不要使用捶打法来锤击压力容器的底层，而且捶打要按程序分步实行，不可把捶打的程序一气呵成，适度均匀地力量捶打要分好层次，才是消除压力容器残余应力的良方。
4.4爆炸法
爆炸法作为消除压力容器残余应力的一种新工艺，消除残余应力效果良好，在化工企业中得到了广泛的应用。使用时把炸药袋或混合字体放置于压力容器残余应力残留的焊缝区和近缝区，用引子将为安全引爆。那么炸药在引爆之时，会带有高能量的冲击力，压力容器的材料就会因爆炸产生交互反应，再和压力容器中原来就有的焊接残余应力叠加就会得到释放。还有值得一提的是，使用爆炸法不仅可以消除压力容器残余应力，而且可以在焊接位置残留压应力。爆炸消除残余应力，不仅能有消除压力容器残余应力的作用，还能提高压力容器作为材料承载器的耐压水平，降低压力容器在使用时的安全隐患。可是在使用爆炸法消除压力容器的残余压力的时候要严格按照规范程序，以防爆炸的冲击会对在场的工作人员造成人身伤害。
5关于消除焊接残余应力方法的评估及建议
目前，超载法消除焊接残余应力，不但方法简便，效果显著，而且经济性最好。所以，在某些常温条件下使用的压力容器应优先考虑超载法消除焊接残余应力。锤击法宜作为消除应力的辅助手段或用在既不能整体热处理又不宜用其它方法处理的压力容器上。整体热处理的效果虽然很好，但与其它方法相比，设备较多、工艺复杂、操作不便且成本最高，一般宜用在三类压力容器中。
结语
综上所述，随着我国经济的发展，压力容器的使用频率也是越来越高，为了保证其质量，我们一定要严格按照规范对其进行残余应力的消除工作。由于残余应力的分布、大小以及容器的用途等的不同，我们要根据不同情况，选择不同的残余应力消除方式，在保证容器质量的大前提下，尽量将残余应力消除干净。只有生产出合格的产品，才能够促进企业的发展，才能保证应用压力容器的各个行业有序的生产，继而为我国可持续发展增添新的动力。
参考文献：
[1]王佳琪，浅析焊接残余应力的消除方法[J]，压力客器，2018，6
[2]陈晓冬，压力容器中焊接残余应力的消除对策[J]，材料工程，2017（6），15
[3]秦长城，压力容器焊接的质量控制方法[J]，压力容器，2019，2