多因素下乙烯裂解爐管焊接頭壽命預測研究.pdf

1、乙烯裂解爐管在高溫復雜工況環(huán)境下服役，蠕變、滲碳及清焦過程的升降溫等因素對爐管中焊接接頭以及整個爐管材料的壽命影響很大，本文對不含裂紋裂解爐管多因素作用下蠕變損傷壽命進行了研究；并對蠕變條件下，焊接接頭中含裂紋試樣不同約束情況對裂紋尖端應(yīng)力場及高溫斷裂力學參量的影響進行了數(shù)值分析，進而分析了約束對含缺陷情況下乙烯裂解爐管的壽命預測的影響。
　　 首先，本文對裂解爐管HP合金蠕變性能研究表明，微觀組織中骨架狀碳化物的消失，及碳化物

2、成分的變化使爐管高溫性能弱化，同時，碳的滲入又在晶界上形成碳化物，增加了碳化物的數(shù)量，同時多余的碳聚集在晶界上，破壞了晶界的連續(xù)性，造成爐管的組織劣化。HP合金母材與焊縫金屬的最小蠕變速率與應(yīng)力關(guān)系基本上一致，焊縫金屬的蠕變性能要稍微優(yōu)于母材的蠕變性能。
　　 其次，本文對多因素作用下乙烯裂解爐管蠕變損傷壽命進行有限元分析，結(jié)果表明：在僅考慮蠕變情況下，時間達到爐管設(shè)計壽命時，損傷還遠未到失效，所以僅按照蠕變強度來設(shè)計爐管壽命是

3、不合適的。爐管多因素耦合情況下的蠕變損傷情況的模擬結(jié)果表明，爐管在運行30000 h后，爐管外壁最先發(fā)生蠕變失效，達到其壽命，多種應(yīng)力耦合作用所產(chǎn)生的損傷是造成爐管過早失效的主要原因。
　　 然后，本文對蠕變條件下，由于裂紋長度不同所引起的幾何約束及蠕變性能不匹配所引起的約束進行了數(shù)值分析，結(jié)果表明：對于幾何約束仍然可以用Q參量來表征，達到穩(wěn)態(tài)蠕變時Q參量可近似看做與裂紋尖端距離r無關(guān)。且裂紋尺寸相同時，隨載荷水平的提高，約束水

4、平反而有所下降。由于蠕變性能不匹配所引起的約束可以用M參量來表征。焊縫越軟，則M參量的值越大，約束越大，焊縫越硬，則M參量的值越小，約束越小。不匹配約束參量M對蠕變指數(shù)n不敏感，而焊縫寬度c則對其影響較大。裂紋處于母材中且與焊縫平行時，無論是對于蠕變軟焊縫或是蠕變硬焊縫，裂紋尖端張開應(yīng)力都趨向于單一母材試樣的裂紋尖端張開應(yīng)力；裂紋與焊縫垂直時，裂紋尖端張開應(yīng)力受兩部分控制，處于母材的部分，裂紋尖端張開應(yīng)力由母材蠕變性能控制，處于焊縫金屬