【摘要】：隨著工業(yè)規(guī)模的增大和科學技術的發(fā)展,在深冷、高溫高壓或強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。在低溫設備中,應變強化技術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度和許用應力,從而達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)達國家相比,目前我國的應變強化技術還處于起步階段,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變強化裝置,研究應變強化對06Cr19Ni10焊接接頭疲勞裂紋擴展性能的影響及其機理。主要完成的工作如下:(1)壓力容器應變強化裝置的研發(fā)。根據(jù)奧氏體不銹鋼壓力容器應變強化工藝要求,確定下位機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變強化的控制流程,采用梯形圖編寫應變強化流程的PLC程序,采用組態(tài)軟件設計上位機動態(tài)監(jiān)控畫面;針對現(xiàn)階段環(huán)向應變測量技術的不足,設計開發(fā)出立式壓力容器應變強化環(huán)向應變自動化測量技術及配套立式應變強化工裝;搭建壓力容器應變強化裝置,通過試驗驗證裝置的功能參數(shù)。(2)應變強化對06Cr19Ni10焊接接頭疲勞裂紋擴展特性影響的研究。通過對不同應變強化程度的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)試樣進行疲勞拉伸試驗,研究應變強化對奧氏體不銹鋼焊接接頭不同區(qū)域復合型裂紋疲勞擴展特性的影響;通過觀察裂紋擴展宏觀路徑和數(shù)值化裂紋擴展軌跡分析應變強化對復合型裂紋轉(zhuǎn)型方式以及裂紋擴展方向的影響;運用有限元分析軟件ANSYS模擬裂紋計算裂紋擴展時裂紋尖端應力強度因子△KI,結合疲勞試驗得到的疲勞裂紋擴展速率da/dN,在雙對數(shù)坐標下對da/dN與△K,進行線性擬合,得到不同試樣的Paris-Erdogan公式,分析應變強化對疲勞裂紋擴展速率的影響;對比分析焊接接頭不同部位疲勞裂紋擴展速率的差別。(3)應變強化對06Cr19Ni10焊接接頭殘余應力影響的研究。從殘余應力角度分析應變強化對焊接接頭疲勞性能的影響機理。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變強化過程進行了有限元數(shù)值模擬,得出應變強化前后焊接接頭不同區(qū)域焊接殘余應力分布,分析應變強化對焊接殘余應力的影響。采用X射線法對不同應變強化程度06Cr19Ni10焊接接頭試樣進行殘余應力測量,驗證數(shù)值模擬結果的準確性。(4)應變強化后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變強化對焊接接頭疲勞性能的影響機理;對不同應變強化程度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行金相檢測和X射線衍射,分析應變強化對奧氏體不銹鋼焊接接頭金相組織的影響;分析應變強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行疲勞壽命斷口定量反推,并與實際實驗測定值進行比較。
【圖文】：

將應變強化技術收錄到ＥＮ１３５３０－２：邋２００２附錄Ｃ標準，國際標準化組織（ＩＳＯ）逡逑收錄至ＩＳＯ邋２０４２１－１：邋２００６標準。２００８年，美國機械工程師學會（ＡＳＭＥ）也將應變逡逑強化強化技術收入相應的壓力容器標準。圖１－１為應變強化壓力容器與普通容器逡逑對比。逡逑目前，我國尚未制定應變強化技術的國家標準甚至行業(yè)標準。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的立項評審工作。同時，，浙江大學、華東理工逡逑大學、合肥通用機械研宄所、北京化工大學等科研機構也陸續(xù)開展了關于應變強逡逑化技術的研究［６＿７］。逡逑ｙ邋懌逡逑圖１－１應變強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度Ｏ０．２作為材逡逑料的屈服強度。對于奧氏體不銹鋼材料而言，在施加超過屈服強度ＣＴ０．２的應力ＣＴｋ，逡逑然后卸載。當再次對試樣進行加載時，只有應力大于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，通常將加載應力ＣＴｋ認為是材料新的屈服強度逡逑實際工程應用中

將應變強化技術收錄到ＥＮ１３５３０－２：邋２００２附錄Ｃ標準，國際標準化組織（ＩＳＯ）逡逑收錄至ＩＳＯ邋２０４２１－１：邋２００６標準。２００８年，美國機械工程師學會（ＡＳＭＥ）也將應變逡逑強化強化技術收入相應的壓力容器標準。圖１－１為應變強化壓力容器與普通容器逡逑對比。逡逑目前，我國尚未制定應變強化技術的國家標準甚至行業(yè)標準。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的立項評審工作。同時，浙江大學、華東理工逡逑大學、合肥通用機械研宄所、北京化工大學等科研機構也陸續(xù)開展了關于應變強逡逑化技術的研究［６＿７］。逡逑ｙ邋懌逡逑圖１－１應變強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度Ｏ０．２作為材逡逑料的屈服強度。對于奧氏體不銹鋼材料而言，在施加超過屈服強度ＣＴ０．２的應力ＣＴｋ，逡逑然后卸載。當再次對試樣進行加載時，只有應力大于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，通常將加載應力ＣＴｋ認為是材料新的屈服強度逡逑實際工程應用中
【學位授予單位】：北京化工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG407

【參考文獻】

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本文編號：2575851