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

1、隨著工業(yè)規(guī)模的增大和科學技術(shù)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(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度和許用應(yīng)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，

2、目前我國的應(yīng)變強化技術(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)變強化裝置，研究應(yīng)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(yīng)變強化裝置的研發(fā)。根據(jù)奧氏體不銹鋼壓力容器應(yīng)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(yīng)變強

3、化的控制流程，采用梯形圖編寫應(yīng)變強化流程的PLC程序，采用組態(tài)軟件設(shè)計上位機動態(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)變強化環(huán)向應(yīng)變自動化測量技術(shù)及配套立式應(yīng)變強化工裝;搭建壓力容器應(yīng)變強化裝置，通過試驗驗證裝置的功能參數(shù)。
　　(2)應(yīng)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(yīng)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)

4、（HAZ）試樣進行疲勞拉伸試驗，研究應(yīng)變強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(yīng)變強化對復(fù)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(yīng)力強度因子ΔKI，結(jié)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ΔKI進行線性擬合，得到不同試樣的Paris-Erdogan公式，分析應(yīng)變強化對疲勞

5、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(yīng)變強化對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(yīng)變強化過程進行了有限元數(shù)值模擬，得出應(yīng)變強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)變強化程度06Cr19

6、Ni10焊接接頭試樣進行殘余應(yīng)力測量，驗證數(shù)值模擬結(jié)果的準確性。
　　(4)應(yīng)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(yīng)變強化對焊接接頭疲勞性能的影響機理;對不同應(yīng)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(yīng)變強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;