在化工設(shè)備的檢修或應(yīng)急修補(bǔ)過(guò)程中，有些企業(yè)會(huì)采用挖補(bǔ)焊接的方法。特別是在管殼式換熱器的應(yīng)急堵管過(guò)程中更為常見(jiàn)。通常的做法是在封頭管箱的相應(yīng)部位氣割一個(gè)近似圓形的孔，實(shí)施堵管后，再將氣割下來(lái)的一塊材料焊接上去。由于只能從單面焊接，小割料不好制備坡口，現(xiàn)場(chǎng)的焊接位置也不是很好，極易出現(xiàn)焊不透、夾渣、融合不好等焊接缺陷；又由于這種焊接是在周圍外板的約束下形成的封閉焊縫，焊接接頭受到很強(qiáng)的約束，產(chǎn)生相當(dāng)高的焊接殘余應(yīng)力。在設(shè)備運(yùn)行時(shí)，焊接殘余應(yīng)力與設(shè)備承載時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力相疊加，挖補(bǔ)部位的安全性將大大降低，所以有必要對(duì)挖補(bǔ)部位進(jìn)行焊接殘余應(yīng)力測(cè)試。
焊接殘余應(yīng)力影響
對(duì)應(yīng)力腐蝕破裂的影響
殘余應(yīng)力對(duì)應(yīng)力腐蝕破裂有顯著影響，由于應(yīng)力腐蝕破裂是不加任何外載荷就能發(fā)生的現(xiàn)象，特別是在一些特殊介質(zhì)中如：NaOH溶液、NaOH+NaSiO3溶液及液氨等介質(zhì)中。對(duì)于常用材料即使其總應(yīng)力水平不超出破裂區(qū)域，應(yīng)力腐蝕破裂也會(huì)發(fā)生。
對(duì)脆性斷裂的影響
一般情況下，裂源一旦形成，即使在低應(yīng)力下也會(huì)擴(kuò)展，而挖補(bǔ)焊縫正好符合這種情況，既存在缺口，又存在較高的殘余應(yīng)力。在載荷作用下，極易發(fā)生脆性斷裂。
挖補(bǔ)焊接殘余應(yīng)力測(cè)試方法
在標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭上進(jìn)行切割焊接，材質(zhì)Q235-A。采用氧一乙炔焰切割，大致為圓形，切下來(lái)的一塊材料砂輪打磨坡口，手工電弧單面多層焊接，焊縫余高0-1mm。
此次殘余應(yīng)力測(cè)試方法采用盲孔法，盲法法測(cè)殘余應(yīng)力就是在工件上鉆一小通孔或不通孔，以釋放被測(cè)點(diǎn)的殘余應(yīng)力，并由事先貼在孔周圍的應(yīng)變片測(cè)得釋放量，再根據(jù)彈性力學(xué)原理計(jì)算出殘余應(yīng)力。鉆孔的直徑和深度都不大，屬于微創(chuàng)檢測(cè)方法，不會(huì)影響被測(cè)構(gòu)件的正常使用，而且這種方法具有較好的精度。
測(cè)試儀器
為了解應(yīng)力分布，兩個(gè)挖補(bǔ)位置均采用沿長(zhǎng)徑密集布片，雙向箔式應(yīng)變花BE-120型，儀器采聚航科技的JHMK殘余應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)，由JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀和JHZK精密鉆孔裝置組成。儀器軟件式操作，多點(diǎn)測(cè)量，精度高，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確。
測(cè)試結(jié)果及分析
圖1就是兩個(gè)測(cè)試件的應(yīng)力分布，由數(shù)據(jù)可得出以下結(jié)論：
1. 從兩個(gè)挖補(bǔ)試件的測(cè)試結(jié)果來(lái)看，殘余應(yīng)力的分布與挖補(bǔ)板直徑的大小成正比，并且殘余拉應(yīng)力的作用范圍大約在3倍半徑之內(nèi)。
2. 徑向殘余應(yīng)力σr和切向殘余應(yīng)力σθ的峰值均在焊縫內(nèi)，并且σθ大于σr。
3. 由于周邊約束，挖補(bǔ)板承受較高的殘余拉應(yīng)力。
總結(jié)
采用盲孔法可檢測(cè)挖補(bǔ)部位焊接殘余應(yīng)力，由以上數(shù)據(jù)分析認(rèn)為，對(duì)于一般化工設(shè)備盡量不要用挖補(bǔ)的方法修理，對(duì)于有腐蝕性介質(zhì)的設(shè)備更要嚴(yán)格控制。當(dāng)不得已采用挖補(bǔ)時(shí)，則應(yīng)在焊接前仔細(xì)打磨坡口，由持有反面成形考試合格的焊工施焊。有條件的話，應(yīng)采用氬弧焊打底，做到焊透、焊實(shí)。焊前明火200-250℃預(yù)熱，可適當(dāng)降低殘余應(yīng)力，盡管如此，也應(yīng)嚴(yán)格限制挖補(bǔ)焊接。
