高温水蒸气环境管道蠕变试验机

火力发电现已成为电力供应的主要方法之一。然而,随着服役时间的增长,工况环境恶劣的零部件的蠕变已成为影响其使用寿命的因素。利用现有的力学性能检测设备,主要对板试样、圆试样或管试样进行高温蠕变试验,还不能同时在温度、力、水蒸气环境、烟气环境下进行整体管试样的高温蠕变试验。依据工程实际需求,研制了高温水蒸气环境管道蠕变试验机。     

金属材料高温蠕变—疲劳损伤研究进展

用于汽轮机转子或涡轮叶片的金属材料长时间在高温环境下受到交变载荷的作用,会发生严重的高温蠕变—疲劳损伤,从而降低了转子及叶片的使用寿命。文中分析了加载条件因素、环境因素、材料特性及热处理工艺等对汽轮机转子钢蠕变—疲劳裂纹形成及扩展的影响,从疲劳裂纹萌生原因、蠕变阶段材料的组织变化及疲劳—蠕变的交互作用综述了汽轮机转子钢疲劳蠕变的损伤机理;并指出以材料的蠕变疲劳损伤机理为基础,建立材料的本构关系及损伤演化方程,将是高温疲劳—蠕变损伤研究的重点。     

1.25Cr0.5Mo钢缺口试样高温疲劳蠕变交互作用的试验研究

通过对1.25Cr0.5Mo钢半圆和V型缺口试样520℃和540℃环境下应力控制的梯形波加载试验,对1.25Cr0.5Mo钢缺口试样高温环境下疲劳蠕变交互作用的规律进行了研究。研究表明:1.25Cr0.5Mo钢缺口试样在高温环境下对应力的敏感性不高;与光滑试样不同,缺口试样高温环境疲劳蠕变交互作用下的破坏机制以疲劳为主;缺口试样高温环境疲劳蠕变交互作用的断裂寿命主要应力、温度和缺口形状的影响。     

热力耦合作用下阀门高温结构蠕变疲劳损伤研究

在运行过程中,高温阀门同时经历高温高压、长时稳定载荷和短时交变载荷的作用,蠕变损伤和疲劳损伤同时存在,但目前针对高温阀门多工况蠕变损伤、疲劳损伤和蠕变疲劳耦合的研究还较少。为此,建立了钠快冷堆调节阀阀体有限元模型,对蠕变、疲劳以及蠕变疲劳损伤进行了计算与安全性评估。首先,采用ANSYS有限元分析软件,结合多工况稳态以及瞬态热力耦合的方法,对高温核电阀门的阀体进行了数值模拟计算;然后,使用蠕变本构方程对高温阀门阀体进行了蠕变分析;最后,以ASME规范的线性累积损伤理论为判据,对高温调节阀阀体进行了蠕变、疲劳以及蠕变疲劳交互损伤安全性评定。研究结果表明：在13种瞬态工况以及4种稳态工况产生的热力耦合作用下,阀体出口处均产生了较高的应力,经分析得出扭矩是造成阀体出口处应力高的主要因素;通过数值计算得出了循环变载荷造成阀体产生的疲劳损伤为0.001 8,而长时间处于高温环境中的蠕变损伤为0.1,由此得出了高温阀门受到蠕变破坏的可能性高于疲劳破坏;该研究结果可为第四代高温核电阀门的分析与设计提供理论基础和技术方案。     

高温结构蠕变疲劳寿命设计方法:从材料到结构

诸多领域中的结构部件长期在高温变载的严苛环境下运行,其服役过程伴随着严重的蠕变疲劳交互作用.面向高温结构长寿命、高可靠服役的迫切需求,蠕变疲劳寿命设计方法日益受到了业界学者们的高度关注.介绍蠕变疲劳交互作用机理,总结复杂蠕变疲劳加载波形下的微观损伤机制.在材料层面,回顾了基于不同理论体系的蠕变疲劳寿命预测方法.在结构层面,重点阐述了多轴应力对蠕变和疲劳损伤的影响并介绍了基于蠕变疲劳损伤交互图的寿命设计方法.此外,介绍从蠕变疲劳裂纹萌生到扩展的蠕变疲劳可靠性分析方法.最后,对本领域今后的发展方向进行了展望.     

不同温度下1Cr18Ni9Ti钢高温疲劳与蠕变的交互作用

为研究不同温度下高温疲劳与蠕变的交互作用,分别在600,625,650,675,700℃下对1Cr18Ni9Ti钢进行静态蠕变试验和高温疲劳-蠕变试验,得到了蠕变寿命和高温疲劳-蠕变寿命,并用数值模拟计算得到了不同温度下的高温疲劳寿命;之后,综合上述数据计算出了蠕变损伤和高温疲劳损伤,再结合带交互作用系数的寿命预测公式得到了不同温度下高温疲劳和蠕变的交互作用系数,最后研究了温度对交互作用系数的影响。结果表明:温度低于625℃时,交互作用系数为负数;温度高于625℃时,交互作用系数为正数;随着温度升高,交互作用曲线向蠕变损伤方向弯曲。     

航空发动机高温部件的寿命预测方法

对航空发动机高温部件蠕变以及疲劳/蠕变交互作用下寿命预测中所涉及的关键技术——高温部件的寿命预测方法进行了系统的综述,评述了各种理论的基本思想、特点及发展前景。本文总结的各种疲劳寿命预测方法对进一步研究发动机高温部件的疲劳寿命是有工程参考价值的。     

高温构件寿命评价技术研究现状和进展

高温服役关键构件的剩余寿命评价是制定工厂维修策略和延寿方案的基本环节。高温构件在服役过程中所受到的损伤，如蠕变、热疲劳、过热氧化和渗碳等时刻都在缩短高温构件的使用寿命和剩余安全裕度。基于上述材料损伤，国内外提出了大量的寿命评价方法，并对这些方法和今后的发展趋势进行了评述，讨论和分析了几种主要方法的使用范围和局限性，并对今后的进一步研究提出一些建议。     

粉末冶金FGH96镍基高温合金的蠕变-疲劳交互行为

对国产粉末冶金FGH96镍基高温合金在650℃总应变控制下进行了无保载疲劳试验以及最大拉/压应变保载蠕变-疲劳试验,研究了其失效寿命及失效模式,并与铸造GH4169镍基高温合金的失效寿命进行了对比。结果表明:保载的引入降低了FGH96高温合金的失效寿命,与最大拉应变保载相比,最大压应变保载时产生的蠕变损伤更大,失效寿命更短;FGH96高温合金的疲劳失效寿命基本上高于GH4169高温合金的,但是较高应变幅下(大于1.4%)的蠕变-疲劳失效寿命低于GH4169高温合金的,在较低应变幅下(小于1.4%)则相反;FGH96高温合金的疲劳断口和蠕变-疲劳断口均呈现出表面或近表面多裂纹源失效特征。     

核电管材奥氏体不锈钢热机械疲劳行为研究进展

对过去50年发表的核电管材奥氏体不锈钢热机械疲劳行为研究的文献进行综述.首先对热机械疲劳测试概念的准确定义进行阐述,并对国内外主要的热机械疲劳测试方法标准化的历程进行了系统回顾.对热机械疲劳加载下奥氏体不锈钢循环力学响应的非对称性特征进行描述.对高温疲劳加载下奥氏体不锈钢的主要变形及损伤机理,动态应变时效、氧化和蠕变的典型表现形式、微观作用机理及其与疲劳损伤的交互作用进行了详细分析.依据温度循环的最高值与材料蠕变损伤发生的临界温度间的关系,分别讨论了低温区和高温区内材料的热机械疲劳寿命行为.低温区内材料的主导失效机理是纯疲劳或氧化-疲劳交互作用,高温区内蠕变-氧化-疲劳三者间的复杂交互作用决定了材料的疲劳寿命行为.在归纳总结的基础上,对核电管材奥氏体不锈钢的热机械疲劳研究提出了几点展望.     

基于ASME规范案例2605-1高温蠕变疲劳评定方法

阐述了如何使用ASME规范案例2605-1对Cr Mo V钢加氢反应器进行高温蠕变疲劳分析与评定,总结出方法一是当前工程化过程中使用的主要方法。提出应开展高温蠕变疲劳耦合分析工具的开发,以尽早突破技术壁垒,开拓国际市场。     

1500℃高温真空(充气)环境蠕变疲劳试验装置研发

研发了高温真空可充气环境蠕变疲劳试验装置,实现了高温真空可充气环境中金属材料的蠕变、持久、疲劳等安全性能的测试。试验装置由3部分组成:复杂应力加载机构及其测控系统、1500℃加热-冷却机构及其测控系统、真空可充气气氛结构及其充气压力测控系统。试验装置可实现高温真空或充气环境中多种波形自由组合动态加载,频率0.01~1Hz可调,加热温度高达1500℃。该试验装置为高温复杂应力真空可充气环境下材料性能数据库建立、失效机理研究、相关理论模型的试验验证等提供了有力的装备支撑。     

高温构件蠕变损伤与裂纹扩展预测研究新进展

精准的寿命预测是高温构件设计制造与运行维护的关键,但多轴应力和裂纹等缺陷的存在使得寿命预测的难度大大增加。综述了笔者近年来在高温蠕变损伤模型和蠕变裂纹扩展仿真方面的研究工作,主要包括:讨论了应力水平和应力状态对蠕变断裂应变的影响规律;基于幂律蠕变控制孔洞长大理论,提出了新的多轴蠕变延性模型;采用基于应变的损伤力学模型,预测了多种含缺陷结构中蠕变裂纹的扩展行为,并分析了蠕变条件下多个表面裂纹干涉、扩展及合并的全过程;发展了基于晶界孔洞化损伤机制的裂纹扩展分析方法,实现了蠕变疲劳裂纹扩展仿真和蠕变疲劳氧化裂纹扩展仿真。这些工作为建立考虑多轴应力影响的含缺陷高温构件寿命预测方法提供了有力支持。     

蠕变-疲劳载荷下高温结构的缺口效应研究进展

随着能源短缺问题的不断突出,高参数(高温、高压等)装备的研发成为工业节能降耗的重要手段,如超超临界汽轮机、航空发动机等高端装备。工程实际中,高参数装备的失效多源于缺口等局部不连续部位,其在蠕变-疲劳等复杂载荷下的强度分析和设计是当前研究的热点与难点。系统回顾了蠕变-疲劳载荷下含缺口构件的试验、本构模型、寿命预测、数值分析及考核准则方面的研究进展,主要包括：蠕变-疲劳载荷下的新本构关系及应用;高温强度和寿命分析的新模型及新方法;简化模型试验方法及蠕变-疲劳强度考核准则。总结这一领域的热点和研究展望,可为高参数装备在蠕变-疲劳等复杂载荷下的强度分析与设计提供一定技术支持与借鉴。     

基于ASME标准的高温压力容器高温疲劳强度设计方法比较

高温压力容器服役过程中面临蠕变、蠕变-疲劳等失效机制问题,设计与控制是制约许多高技术工艺实现的瓶颈和难题。针对高温压力容器的蠕变及蠕变-疲劳失效模式,从应力设计准则、应变和变形设计准则以及蠕变-疲劳交互载荷下的设计准则三个方面分析介绍ASME标准中NB和NH分卷的异同,并以加氢反应器催化剂排出罐为例,使用弹性有限元法分析讨论了两种方法在强度设计中产生的差异。     

蠕变—热疲劳交互作用的力学机理

随着航空航天、能源和化学工业的发展,高温设备的应用越来越广泛.这些设备在稳态运行中受到蠕变损伤,在起动、停车或工况突变时受到热疲劳或热机械疲劳损伤,潜在危险性极大,一旦发生事故往往是灾难性的.考虑材料的双线性随动强化性质和蠕变特性,研究蠕变-热疲劳交互作用的力学机理,得到如下结论: ①升温和保温过程生成的压缩非弹性应变(塑性应变和蠕变应变)越多,降温过程产生的拉应力和拉应变越大,设计受蠕变-热疲劳损伤的构件时宜优先选择具有较高压缩屈服点和较低蠕变速率的脆性材料.②蠕变影响着循环的应力幅和平均应力,并使它们经历一定数量的循环后达到稳定状态,可以把蠕变-热疲劳损伤等效为热机械疲劳损伤,从而使寿命预测和试验简单可行.     

高温法兰连接系统的失效分析

针对法兰连接系统长时间在高温下工作会导致泄漏失效的问题,对法兰连接系统的3个主要部件的失效机理进行了分析,其中从蠕变、预紧力、脆性断裂及疲劳等方面分析了螺栓的失效机理;从蠕变松弛失效、高温回弹性失效和高温强度失效等方面分析了垫片的失效机理;从高温蠕变松弛失效和高温下的界面泄漏失效等方面分析了法兰的失效机理。本文为更快地找出高温下法兰连接系统的失效原因提供了参考依据。     

刍议受感器铠装加热器加温可靠性问题

铠装加热器受感器加温可靠性问题影响了受感器总、静压的测量。经分析,不加温的主要原因为内丝断裂,断裂机理为高温疲劳和动态蠕变,两者占比与内丝温度有关。加热器焊接缺陷促进了高温疲劳和动态蠕变的发展,降低了受感器的加温可靠性。     

蠕变—疲劳交互作用下结构缺陷评定方法的比较

电力装备以及石化设备的工作温度和压力呈现出日益增长的趋势,蠕变以及蠕变-疲劳交互作用成为高温设备失效的主要机制之一.文中介绍国际上几部主要缺陷评定标准,R5、BS7910、RCC-MR规程、日本JNC方法以及我国高温缺陷评定方法的最新进展,基于工程应用案例分析,比较不同规程缺陷评定方法的优劣,分析结果显示R5规程更符合实验结果,最后对进一步完善我国缺陷评定规范提出一些意见.     

制氢转化炉辐射室炉管高温蠕变分析

石化厂某型号制氢转化炉在投产使用4年后,其辐射室1根炉管发生开裂。为找出炉管开裂原因,对炉管材料进行了检测,通过对制氢转化炉炉管的断口、金相以及高温蠕变分析,找出了失效原因。由于催化剂搭桥及炉嘴偏烧导致的局部过热引起的高温蠕变损伤是炉管开裂的主要原因。