應(yīng)變強(qiáng)化裝置研制及應(yīng)變強(qiáng)化對(duì)06Cr19Ni10焊接接頭中疲勞裂紋擴(kuò)展影響的研究.pdf

1、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(lái)越多。另一方面，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，在確保容器使用安全的前提下通過(guò)減小壁厚的方式實(shí)現(xiàn)壓力容器的輕量化，對(duì)降低設(shè)備成本、提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)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(guò)對(duì)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(guó)家相比，

2、目前我國(guó)的應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)還處于起步階段，有許多問(wèn)題尚待研究。
　　06Cr19Ni10是中國(guó)牌號(hào)的奧氏體不銹鋼，常用于制造低溫儲(chǔ)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(duì)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(pán)考慮壓力容器應(yīng)變強(qiáng)

3、化的控制流程，采用梯形圖編寫(xiě)應(yīng)變強(qiáng)化流程的PLC程序，采用組態(tài)軟件設(shè)計(jì)上位機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)控畫(huà)面;針對(duì)現(xiàn)階段環(huán)向應(yīng)變測(cè)量技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出立式壓力容器應(yīng)變強(qiáng)化環(huán)向應(yīng)變自動(dòng)化測(cè)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(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證裝置的功能參數(shù)。
　　(2)應(yīng)變強(qiáng)化對(duì)06Cr19Ni10焊接接頭疲勞裂紋擴(kuò)展特性影響的研究。通過(guò)對(duì)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)

4、（HAZ）試樣進(jìn)行疲勞拉伸試驗(yàn)，研究應(yīng)變強(qiáng)化對(duì)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(guò)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(duì)復(fù)合型裂紋轉(zhuǎn)型方式以及裂紋擴(kuò)展方向的影響;運(yùn)用有限元分析軟件ANSYS模擬裂紋計(jì)算裂紋擴(kuò)展時(shí)裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子ΔKI，結(jié)合疲勞試驗(yàn)得到的疲勞裂紋擴(kuò)展速率da/dN，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)下對(duì)da/dN與ΔKI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(duì)疲勞

5、裂紋擴(kuò)展速率的影響;對(duì)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(duì)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(duì)焊接接頭疲勞性能的影響機(jī)理。運(yùn)用有限元分析軟件MSC.MARC對(duì)06Cr19Ni10焊接接頭的焊接過(guò)程和焊后應(yīng)變強(qiáng)化過(guò)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(duì)焊接殘余應(yīng)力的影響。采用X射線法對(duì)不同應(yīng)變強(qiáng)化程度06Cr19

6、Ni10焊接接頭試樣進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)量，驗(yàn)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(duì)焊接接頭疲勞性能的影響機(jī)理;對(duì)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(cè)和X射線衍射，分析應(yīng)變強(qiáng)化對(duì)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(duì)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;