【摘要】：隨著工業(yè)規(guī)模的增大和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,在深冷、高溫高壓或強(qiáng)腐蝕等極端條件下服役的壓力容器越來越多。另一方面,在激烈的市場競爭中,在確保容器使用安全的前提下通過減小壁厚的方式實現(xiàn)壓力容器的輕量化,對降低設(shè)備成本、提高產(chǎn)品的競爭力具有十分重要的意義。在低溫設(shè)備中,應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)通過對奧氏體不銹鋼壓力容器整體加載使其產(chǎn)生一定塑性變形以提高材料的屈服強(qiáng)度和許用應(yīng)力,從而達(dá)到減小壓力容器的厚度、減輕壓力容器重量的目的。與歐美發(fā)達(dá)國家相比,目前我國的應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)還處于起步階段,有許多問題尚待研究。06Cr19Ni10是中國牌號的奧氏體不銹鋼,常用于制造低溫儲罐。本論文研制立式壓力容器應(yīng)變強(qiáng)化裝置,研究應(yīng)變強(qiáng)化對06Cr19Ni10焊接接頭疲勞裂紋擴(kuò)展性能的影響及其機(jī)理。主要完成的工作如下:(1)壓力容器應(yīng)變強(qiáng)化裝置的研發(fā)。根據(jù)奧氏體不銹鋼壓力容器應(yīng)變強(qiáng)化工藝要求,確定下位機(jī)PLC、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、執(zhí)行模塊、傳感器模塊的具體參數(shù);通盤考慮壓力容器應(yīng)變強(qiáng)化的控制流程,采用梯形圖編寫應(yīng)變強(qiáng)化流程的PLC程序,采用組態(tài)軟件設(shè)計上位機(jī)動態(tài)監(jiān)控畫面;針對現(xiàn)階段環(huán)向應(yīng)變測量技術(shù)的不足,設(shè)計開發(fā)出立式壓力容器應(yīng)變強(qiáng)化環(huán)向應(yīng)變自動化測量技術(shù)及配套立式應(yīng)變強(qiáng)化工裝;搭建壓力容器應(yīng)變強(qiáng)化裝置,通過試驗驗證裝置的功能參數(shù)。(2)應(yīng)變強(qiáng)化對06Cr19Ni10焊接接頭疲勞裂紋擴(kuò)展特性影響的研究。通過對不同應(yīng)變強(qiáng)化程度的06Cr19Ni10焊接接頭母材試樣(BM)、焊縫金屬試樣(WM)以及熱影響區(qū)(HAZ)試樣進(jìn)行疲勞拉伸試驗,研究應(yīng)變強(qiáng)化對奧氏體不銹鋼焊接接頭不同區(qū)域復(fù)合型裂紋疲勞擴(kuò)展特性的影響;通過觀察裂紋擴(kuò)展宏觀路徑和數(shù)值化裂紋擴(kuò)展軌跡分析應(yīng)變強(qiáng)化對復(fù)合型裂紋轉(zhuǎn)型方式以及裂紋擴(kuò)展方向的影響;運用有限元分析軟件ANSYS模擬裂紋計算裂紋擴(kuò)展時裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子△KI,結(jié)合疲勞試驗得到的疲勞裂紋擴(kuò)展速率da/dN,在雙對數(shù)坐標(biāo)下對da/dN與△K,進(jìn)行線性擬合,得到不同試樣的Paris-Erdogan公式,分析應(yīng)變強(qiáng)化對疲勞裂紋擴(kuò)展速率的影響;對比分析焊接接頭不同部位疲勞裂紋擴(kuò)展速率的差別。(3)應(yīng)變強(qiáng)化對06Cr19Ni10焊接接頭殘余應(yīng)力影響的研究。從殘余應(yīng)力角度分析應(yīng)變強(qiáng)化對焊接接頭疲勞性能的影響機(jī)理。運用有限元分析軟件MSC.MARC對06Cr19Ni10焊接接頭的焊接過程和焊后應(yīng)變強(qiáng)化過程進(jìn)行了有限元數(shù)值模擬,得出應(yīng)變強(qiáng)化前后焊接接頭不同區(qū)域焊接殘余應(yīng)力分布,分析應(yīng)變強(qiáng)化對焊接殘余應(yīng)力的影響。采用X射線法對不同應(yīng)變強(qiáng)化程度06Cr19Ni10焊接接頭試樣進(jìn)行殘余應(yīng)力測量,驗證數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。(4)應(yīng)變強(qiáng)化后06Cr19Ni10焊接接頭金相組織研究和斷口形貌分析。從組織相變行為角度分析應(yīng)變強(qiáng)化對焊接接頭疲勞性能的影響機(jī)理;對不同應(yīng)變強(qiáng)化程度06Cr19Ni10焊接接頭母材試樣、熱影響區(qū)試樣以及焊縫金屬試樣金相進(jìn)行金相檢測和X射線衍射,分析應(yīng)變強(qiáng)化對奧氏體不銹鋼焊接接頭金相組織的影響;分析應(yīng)變強(qiáng)化對奧氏體不銹鋼焊接接頭宏觀斷口形貌和微觀斷口形貌的影響;另外,對焊接接頭母材試樣、熱影響區(qū)試樣和焊縫金屬試樣進(jìn)行疲勞壽命斷口定量反推,并與實際實驗測定值進(jìn)行比較。
【圖文】：

將應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)收錄到ＥＮ１３５３０－２：邋２００２附錄Ｃ標(biāo)準(zhǔn)，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ＩＳＯ）逡逑收錄至ＩＳＯ邋２０４２１－１：邋２００６標(biāo)準(zhǔn)。２００８年，美國機(jī)械工程師學(xué)會（ＡＳＭＥ）也將應(yīng)變逡逑強(qiáng)化強(qiáng)化技術(shù)收入相應(yīng)的壓力容器標(biāo)準(zhǔn)。圖１－１為應(yīng)變強(qiáng)化壓力容器與普通容器逡逑對比。逡逑目前，我國尚未制定應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)的國家標(biāo)準(zhǔn)甚至行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。國家質(zhì)量監(jiān)督逡逑檢驗檢疫總局己逐步開展了該技術(shù)的立項評審工作。同時，，浙江大學(xué)、華東理工逡逑大學(xué)、合肥通用機(jī)械研宄所、北京化工大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)也陸續(xù)開展了關(guān)于應(yīng)變強(qiáng)逡逑化技術(shù)的研究［６＿７］。逡逑ｙ邋懌逡逑圖１－１應(yīng)變強(qiáng)化壓力容器與普通容器對比逡逑Ｆｉｇ．邋１－ｌＣｏｍｐａｒｉｓｏｎ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｓｔｒａｉｎ－ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ邋ｐｒｅｓｓｕｒｅ邋ｖｅｓｓｅｌ邋ａｎｄ邋ｃｏｍｍｏｎ邋ｖｅｓｓｅｌ逡逑，邐對于無明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料，通常人為地將非比例延伸強(qiáng)度Ｏ０．２作為材逡逑料的屈服強(qiáng)度。對于奧氏體不銹鋼材料而言，在施加超過屈服強(qiáng)度ＣＴ０．２的應(yīng)力ＣＴｋ，逡逑然后卸載。當(dāng)再次對試樣進(jìn)行加載時，只有應(yīng)力大于Ｏｋ時試棒才會產(chǎn)生新的塑逡逑性變形（如圖１－２所示）。因此，通常將加載應(yīng)力ＣＴｋ認(rèn)為是材料新的屈服強(qiáng)度逡逑實際工程應(yīng)用中

將應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)收錄到ＥＮ１３５３０－２：邋２００２附錄Ｃ標(biāo)準(zhǔn)，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ＩＳＯ）逡逑收錄至ＩＳＯ邋２０４２１－１：邋２００６標(biāo)準(zhǔn)。２００８年，美國機(jī)械工程師學(xué)會（ＡＳＭＥ）也將應(yīng)變逡逑強(qiáng)化強(qiáng)化技術(shù)收入相應(yīng)的壓力容器標(biāo)準(zhǔn)。圖１－１為應(yīng)變強(qiáng)化壓力容器與普通容器逡逑對比。逡逑目前，我國尚未制定應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)的國家標(biāo)準(zhǔn)甚至行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。國家質(zhì)量監(jiān)督逡逑檢驗檢疫總局己逐步開展了該技術(shù)的立項評審工作。同時，浙江大學(xué)、華東理工逡逑大學(xué)、合肥通用機(jī)械研宄所、北京化工大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)也陸續(xù)開展了關(guān)于應(yīng)變強(qiáng)逡逑化技術(shù)的研究［６＿７］。逡逑ｙ邋懌逡逑圖１－１應(yīng)變強(qiáng)化壓力容器與普通容器對比逡逑Ｆｉｇ．邋１－ｌＣｏｍｐａｒｉｓｏｎ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｓｔｒａｉｎ－ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ邋ｐｒｅｓｓｕｒｅ邋ｖｅｓｓｅｌ邋ａｎｄ邋ｃｏｍｍｏｎ邋ｖｅｓｓｅｌ逡逑，邐對于無明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料，通常人為地將非比例延伸強(qiáng)度Ｏ０．２作為材逡逑料的屈服強(qiáng)度。對于奧氏體不銹鋼材料而言，在施加超過屈服強(qiáng)度ＣＴ０．２的應(yīng)力ＣＴｋ，逡逑然后卸載。當(dāng)再次對試樣進(jìn)行加載時，只有應(yīng)力大于Ｏｋ時試棒才會產(chǎn)生新的塑逡逑性變形（如圖１－２所示）。因此，通常將加載應(yīng)力ＣＴｋ認(rèn)為是材料新的屈服強(qiáng)度逡逑實際工程應(yīng)用中
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG407

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2575851