國(guó)外壓力容器和工業(yè)結(jié)構(gòu)缺陷評(píng)定規(guī)范的新進(jìn)展二

1、國(guó)外壓力容器和工業(yè)結(jié)構(gòu)缺陷評(píng)定規(guī)范的新進(jìn)展二 2、英國(guó)含缺陷結(jié)構(gòu)完整性評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)（6）r6-rev.4:2001是在英國(guó)british energy（英國(guó)核電公司）、bnfl（英國(guó)核燃料公司）及aea（英國(guó)原子能管理局）組成的結(jié)構(gòu)完整性評(píng)定規(guī)程聯(lián)合體下的r6研究組編制的。r6第3版后已陸續(xù)地增補(bǔ)了10個(gè)新附錄，由于近年來(lái)斷裂力學(xué)評(píng)定技術(shù)的發(fā)展特別是sintap、bs7910和美國(guó)api 579的出現(xiàn)，故而吸收世界各國(guó)研究進(jìn)展和r6自己發(fā)展計(jì)劃決定對(duì)r6作了全面修改，于2001年頒布了第4次修訂版。現(xiàn)將主要變化介紹如下： 2.1 失效評(píng)定曲線三種選擇的變化(1) r6-op.1的原失效評(píng)定曲線被s

2、intap的第0級(jí)的曲線取代，即由：(30)改為： (1)以保證在低處與r6-op.2曲線一致，對(duì)有屈服平臺(tái)材料lrmax取等于1。(2) r6-op.2改為有三種曲線。原r6-op.2曲線仍保留，被稱為材料特征的選擇2曲線（式23），用于已知材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系數(shù)據(jù)時(shí)建立選擇2曲線。在不知道材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系數(shù)據(jù)時(shí)，采用sintap第1級(jí)（基本級(jí)）失效評(píng)定曲線的研究成果，給出的兩種可供選擇的近似曲線，分別用于無(wú)屈服平臺(tái)的連續(xù)屈服材料和有屈服平臺(tái)的非連續(xù)屈服材料，只要求知道材料的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和楊式模量，不需要知道應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。一種是連續(xù)屈服（即無(wú)屈服平臺(tái)）材料用的近似選擇2曲線。在lr1但

3、lrmax的范圍內(nèi)， (7）這里，f2cr (1)為按式（3）在lr=1時(shí)的(lr)值。(10) n為材料應(yīng)力-塑性應(yīng)變關(guān)系用冪函數(shù)擬合表示時(shí)的指數(shù)，可用式（8）近似估算。 (8)另一種就是不連續(xù)屈服（有屈服平臺(tái)）材料的近似選擇2曲線。在lr1處： (3)在lr=1處的f2dy(lr)為：（4）這里 (5)屈服平臺(tái)長(zhǎng)度可按下式估算(6)在1lr1）還是欠匹配（m1），fym/fyb值（即不匹配焊接接頭的塑性極限載荷與純母材的塑性極限載荷之比）總是處于1至m之間。因而m1的過匹配時(shí)取fym等于fyb，總是保守的。在過匹配時(shí)，（焊縫厚/剩余韌帶）越大，或者（a/w）越小，焊縫不匹配對(duì)極限載荷（fy

4、m/fyb）的影響越低。如果裂紋靠近熔合線，fym值非常接近fyb的值。在欠匹配時(shí)（a/w）值不影響fym，尤其在（焊縫厚/剩余韌帶）值較大的時(shí)候。2.8 持續(xù)載荷（sustained local）對(duì)延性材料，即使溫度低于蠕變范圍也可能發(fā)生與時(shí)間有關(guān)的塑性變形，因而受持續(xù)載荷結(jié)構(gòu)可能在應(yīng)力水平低于其在單調(diào)加載和位移加載時(shí)的塑性失效載荷下發(fā)生斷裂。然而通常僅發(fā)現(xiàn)在持續(xù)載荷接近單調(diào)加載的塑性極限載荷時(shí)才發(fā)生失效。但在較低載荷下可能發(fā)生有限裂紋擴(kuò)展，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載能力的降低。試件試驗(yàn)顯示，奧氏體鋼和鐵素體鋼在持續(xù)載荷達(dá)到或超過全面屈服（即lr=1 ）時(shí)才可能發(fā)生與時(shí)間有關(guān)的斷裂，這些試驗(yàn)是鐵素體鋼在室

5、溫和70進(jìn)行的。因而在評(píng)定時(shí)當(dāng)lr1時(shí)不必要考慮持續(xù)載荷。316鋼在室溫下試驗(yàn)表明，lr0.65持續(xù)時(shí)間小于100h時(shí)持續(xù)載荷效應(yīng)可略而不計(jì)，在再持續(xù)1h以后相對(duì)因子0.65的值才很慢地減小。鐵素體鋼當(dāng)lr0.9時(shí)也可不考慮。本規(guī)程給出了考慮持續(xù)載荷效應(yīng)的評(píng)定方法，其原理是考慮持續(xù)時(shí)間內(nèi)塑性應(yīng)變積累對(duì)lr和kr的影響，即對(duì)評(píng)定點(diǎn)位置的影響，仍然用失效評(píng)定圖進(jìn)行斷裂評(píng)定和塑性失效評(píng)定。一般采用選擇1曲線，也可采用其他高級(jí)的失效評(píng)定曲線。根據(jù)實(shí)驗(yàn)認(rèn)為持續(xù)載荷效應(yīng)對(duì)lrmax值沒有影響。評(píng)定的過程是先選擇持續(xù)時(shí)間th內(nèi)允許的裂紋擴(kuò)展量a0，當(dāng)然a0應(yīng)該小于斷裂實(shí)效的裂紋擴(kuò)展量af=afa0（af為斷

6、裂臨界尺寸），并有足夠的安全系數(shù)。定義a1=a0+a0，材料的斷裂韌度也應(yīng)該是相應(yīng)于a0的斷裂韌度kmat（a0）。按a1及 計(jì)算lr。由lr得到 值，再確定參考應(yīng)變 ,它是參考應(yīng)力 和持續(xù)時(shí)間的函數(shù)，可由評(píng)定溫度下的恒應(yīng)力蠕變曲線或等時(shí)的單向應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)獲得。然后計(jì)算kr=k1(a)/kmat(a0)和評(píng)定點(diǎn)的縱坐標(biāo) 。將(lr,ktr)點(diǎn)在失效評(píng)定圖中完成評(píng)定工作。 3、英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)bsi pd6493的修改版bs 7910金屬結(jié)構(gòu)中缺陷驗(yàn)收評(píng)定方法導(dǎo)則pd 6493:1991已與pd 6539:1994（高溫評(píng)定方法）15合并，根據(jù)它們近十年來(lái)研究成果，包括sintap的歐洲統(tǒng)一安全評(píng)定方法

7、的研究成果，于2000年發(fā)表了修正版，稱為bs 7910：1999，規(guī)范名稱改為金屬結(jié)構(gòu)中缺陷驗(yàn)收評(píng)定方法導(dǎo)則。3.1 斷裂評(píng)定方法的變化仍然是三級(jí)評(píng)定。原來(lái)的初級(jí)評(píng)定內(nèi)容基本不變，但改稱簡(jiǎn)化評(píng)定方法，采用失效評(píng)定圖法。而原pd 6493中的cod設(shè)計(jì)曲線法被列入bs7910的附錄n，cod設(shè)計(jì)曲線的地位進(jìn)一步下降。第2級(jí)正常評(píng)定法經(jīng)歷了一個(gè)曲折的修改過程。原pd 6493：1991版的第2級(jí)正常評(píng)定法為老r6（第2版）的cod窄條區(qū)模型失效評(píng)定曲線。1995年及1997年的修改草稿中改為三種選擇，第一種為1991版的窄條區(qū)模型失效評(píng)定曲線，用于 的低硬化材料，第二種為r6第3版的op.1曲線

8、，用于 的高硬化材料，第三種為r6第3版的op.2曲線，反映出pd6493全盤r6化的過程。由于近年sintap的成功實(shí)現(xiàn)了歐洲安全評(píng)定方法的統(tǒng)一化，在2000年bs7910：1999頒布時(shí)，和r6第4版一樣均采用了sintap的統(tǒng)一成果，cod窄條區(qū)模型的失效評(píng)定曲線也取消了。bs7910的第2級(jí)正常評(píng)定的失效評(píng)定曲線改為兩種，即2a級(jí)和2b級(jí)。2b級(jí)曲線與原pd 6493：1991版的第3級(jí)評(píng)定曲線相同，即r6第3版的op.2曲線（式23）。2a級(jí)曲線采用sintap的基本級(jí)評(píng)定曲線（參見1.1.2節(jié)）。如果應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線已知可用2b級(jí)，否則用2a級(jí)。對(duì)有屈服平臺(tái)的非連續(xù)屈服材料或者不能

9、證實(shí)沒有屈服平臺(tái)，在使用2a級(jí)失效評(píng)定圖時(shí)lrmax應(yīng)取為1.0，否則只有采用2b級(jí)的曲線。bs 7910第3級(jí)（撕裂失穩(wěn)評(píng)定）仍然保留pd 6493：1991中的3a級(jí)和3b級(jí)不變，在已知材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系時(shí)用3a，否則用3b。bs7910還增加了一個(gè)3c級(jí)，其實(shí)就是采用了r6第3版op.3失效評(píng)定曲線。3.2 疲勞評(píng)定的變化bs7910的疲勞評(píng)定方法基本上與原pd6493:1991的相同，僅作了少量修改。pd6493的特色可能是它的疲勞評(píng)定了，尤其是質(zhì)量等級(jí)評(píng)定法。修訂后的主要變化是推薦了新的疲勞裂紋擴(kuò)展律。采用了基于近年來(lái)大量鋼材在空氣及海水中疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)數(shù)據(jù)取得的更為精確的兩段par

10、is關(guān)系式和應(yīng)力比r的修正法等。特別是考慮環(huán)境的影響，例如給出了在海水環(huán)境中有陰極保護(hù)和無(wú)陰極保護(hù)時(shí)的新推薦方法，在較高溫度下的疲勞裂紋擴(kuò)展等。為了方便，同時(shí)也給出了新的、簡(jiǎn)化的、保守的（包絡(luò)線）單段paris關(guān)系，實(shí)驗(yàn)的應(yīng)力比為r0.5，以給出保守的焊接接頭裂紋疲勞擴(kuò)展分析結(jié)果，新的鐵素體鋼在空氣中的疲勞裂紋擴(kuò)展律與pd6493時(shí)的相比，擴(kuò)展速率要略高一些。3.3 bs7910的附錄bs7910b包含了21個(gè)附錄，很多來(lái)自r6和sintap，因而這里不作進(jìn)一步的介紹?；仨?yè)首4、美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)api 579推薦用于合乎使用的實(shí)施辦法的概貌和最新進(jìn)展近年來(lái)，美國(guó)結(jié)構(gòu)完整性評(píng)定技術(shù)也有很大發(fā)展，

11、在規(guī)范中最引人注目的就是已出版的api 579 (推薦用于合乎使用的實(shí)施方法)和正在準(zhǔn)備的api 580：2000 recommended practice for risk-base inspection。前面介紹的sintap、r6、bs790的工業(yè)背景主要是電站（包括核電）及海洋石油平臺(tái)，它們的發(fā)展主要反映了缺陷的斷裂評(píng)定技術(shù)（包括塑性失效評(píng)定）和疲勞評(píng)定技術(shù)的發(fā)展。api 579的工業(yè)背景是石油化工承壓設(shè)備，其特點(diǎn)是更多反映了石油化工在役設(shè)備安全評(píng)估的需要。 美國(guó)初期的承壓設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)主要是關(guān)于新設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)的規(guī)則，并不提及在役設(shè)備的退化和使用中發(fā)現(xiàn)的新生缺陷和原始制造缺陷的處理

12、問題。后來(lái)制定了一些在役檢驗(yàn)規(guī)范，如api 510（壓力容器檢驗(yàn)規(guī)范），api 570（壓力管道檢驗(yàn)規(guī)范）和api 653（儲(chǔ)罐檢驗(yàn)規(guī)范），這些規(guī)范給出了有關(guān)在役設(shè)備檢驗(yàn)、修理、更換，重新確定額定工作能力或改造的規(guī)劃，但實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)仍然存在著不少不能解決的問題。api 579就是為此組織制定的，以保障老設(shè)備繼續(xù)工作的安全；以提供良好的合乎使用的評(píng)定方法；以保證給出堅(jiān)實(shí)可靠的壽命預(yù)測(cè)；以幫助在用設(shè)備的優(yōu)化維修及操作；以保證舊設(shè)備有效利用提高經(jīng)濟(jì)服務(wù)的期限。這一規(guī)程和即將發(fā)表的api 580的結(jié)合將能提供風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、確定檢驗(yàn)的優(yōu)先次序和維修計(jì)劃。api 579與其它標(biāo)準(zhǔn)不同之處是不僅包括在役設(shè)備缺陷安

13、全評(píng)估，還在很廣范圍內(nèi)給出在役設(shè)備及其材料的退化損傷的安全評(píng)估方法。前者的技術(shù)和bs7910、r6都相差不大，所以這里不再詳述，但有很多內(nèi)容是其他標(biāo)準(zhǔn)未討論到的，這些內(nèi)容對(duì)我們石油化工承壓設(shè)備的工作者來(lái)說十分重要和有益。下面先列出某些章節(jié)的內(nèi)容。第4章：均勻腐蝕的評(píng)定第5章：局部減薄及槽狀缺陷的評(píng)定第6章：點(diǎn)蝕的評(píng)定第7章：鼓泡及分層的評(píng)定第10章：高溫蠕變操作元件的評(píng)定第11章：火災(zāi)對(duì)設(shè)備造成損傷的評(píng)定4.1 局部減薄及槽形凹坑的評(píng)定包括評(píng)定技術(shù)及驗(yàn)收準(zhǔn)則和剩余壽命評(píng)定的兩類技術(shù)。評(píng)定技術(shù)及驗(yàn)收準(zhǔn)則又分為3級(jí)。級(jí)別1的評(píng)定是僅考慮內(nèi)壓載荷的設(shè)備局 部減薄的評(píng)定，只要求凹坑表面長(zhǎng)，寬，深來(lái)表征

14、缺陷尺寸。級(jí)別2評(píng)定用于凹坑在壁厚方向的尺寸（即深度）變化很大時(shí)的評(píng)定，缺陷用深度變化形狀來(lái)表征，可以考慮更一般的載荷，例如筒殼上凈截面彎矩，還可以用于接管區(qū)凹坑的評(píng)估。級(jí)別3用于更復(fù)雜區(qū)域的凹坑評(píng)定，一般都要求作詳細(xì)的有限元分析。第5章長(zhǎng)達(dá)39頁(yè)，我國(guó)學(xué)者在這一領(lǐng)域已經(jīng)做了不少工作，但api的工作值得作為我們今后繼續(xù)研究時(shí)的參考。4.2 點(diǎn)蝕評(píng)定點(diǎn)蝕可能是非常分散的，也可能是集中在一個(gè)局部地區(qū)，如果單個(gè)凹坑就屬于第5章的任務(wù)了。點(diǎn)蝕坑幾何形狀可能十分復(fù)雜，精確測(cè)量有時(shí)是困難的，但如果采用第2級(jí)評(píng)定法時(shí)又是必要的。api 579提供了三級(jí)評(píng)定法，第1級(jí)只適用于韌性材料，如果由于溫度或環(huán)境可能使

15、材料脆化就要用第2級(jí)評(píng)定方法了。第1級(jí)和第2級(jí)只適用于承受內(nèi)壓的球、筒、錐等形狀殼體上的點(diǎn)蝕評(píng)定。接管和管件等形狀復(fù)雜的殼體上點(diǎn)蝕就必須要采用第3級(jí)評(píng)定方法。4.3 鼓泡及分層缺陷的評(píng)定本方法適用于氫致鼓泡承壓元件的評(píng)定。濕h2s及hf在低溫下由于原子氫的侵入鋼內(nèi)，在夾雜物處又結(jié)合成分子氫，因不可能再滲出而造成局部區(qū)的高壓引起材料鼓泡分層。有時(shí)候鼓泡的周邊裂紋會(huì)向壁厚方向擴(kuò)展，特別是當(dāng)鼓泡處于接近焊縫處，因而這是石油化工設(shè)備經(jīng)常會(huì)遇到的一個(gè)問題。由超聲波測(cè)得板中的分層除非證明是氫積累造成的不應(yīng)視為鼓泡，如果其不平行于鋼板表面應(yīng)按面型缺陷進(jìn)行斷裂評(píng)定。如果它是平行于鋼板表面也可以采用本方法進(jìn)行評(píng)

16、定。api 579鼓泡評(píng)定方法也分成3級(jí)，各自適用范圍基本上與第6章的點(diǎn)蝕評(píng)定相似。4.4 火災(zāi)引起設(shè)備損傷的評(píng)定遭受到火災(zāi)極高溫加熱的壓力容器、管道和儲(chǔ)罐可能外表看來(lái)結(jié)構(gòu)損傷了，但力學(xué)性能沒有明顯的退化，可能還能夠繼續(xù)使用。所以必要建立這種問題的合乎使用的評(píng)定方法。api 579第10章將火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)三維空間劃分為6個(gè)區(qū)，分別為區(qū)（室溫區(qū)）、區(qū)（66以下煙及消防水染區(qū)）、區(qū)（66-200的低熱暴露區(qū)）、區(qū)（200-427的中熱暴露區(qū)）、區(qū)（427-732的接觸火焰的高熱暴露區(qū)）、區(qū)（732以上的極熱區(qū)、火源區(qū)）。區(qū)域的劃分有利于判定災(zāi)區(qū)那些設(shè)備不需要評(píng)定，那些設(shè)備要進(jìn)行評(píng)定和如何進(jìn)行評(píng)定都有重要

17、的指導(dǎo)意義。鋼材表面在火災(zāi)中不同溫度下有不同顏色，不同燃料在空氣中燃燒時(shí)有不同顏色的煙霧，目擊者的記錄和當(dāng)場(chǎng)攝像是很重要的原始資料。各種化學(xué)品、燃料和很多材料都有它們不同的燃點(diǎn)、熔點(diǎn)，在不同溫度區(qū)材料的力學(xué)性能（硬度和強(qiáng)度）有它們的變化規(guī)律，金屬氧化皮的形貌也與溫度有關(guān)，根據(jù)火災(zāi)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)攝相和災(zāi)后現(xiàn)場(chǎng)的情況勘察，按api 579給出的方法和提供的大量有關(guān)上述信息與溫度關(guān)系的資料（圖及表）就可以作出各個(gè)設(shè)備所在位置應(yīng)屬于什么區(qū)。api 579提供了三級(jí)評(píng)定方法。第1級(jí)實(shí)際上是免于評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)。api 579標(biāo)準(zhǔn)給出了各種材料制設(shè)備在那些溫度區(qū)是屬于第1級(jí)的，如果屬于第1級(jí)就可以免于評(píng)定了。例如碳鋼、

18、低合金鋼、奧氏體不銹鋼設(shè)備一般在、區(qū)時(shí)都可免于評(píng)定。但熱處理的調(diào)質(zhì)鋼只有在、區(qū)的才可免于評(píng)定。不免于評(píng)定的，即第1級(jí)評(píng)定不通過的，應(yīng)按第2級(jí)評(píng)定方法進(jìn)行評(píng)定。這樣做可以大大縮小了應(yīng)該予以詳細(xì)評(píng)定設(shè)備的數(shù)量，例如煉油廠有一個(gè)常壓精餾塔，查其外保溫的鍍鋅鐵皮表面鍍鋅層完好，由于鋅的熔點(diǎn)是420，在溫度超過420時(shí)鋅必然會(huì)流下來(lái)或者被氣化，既然鍍鋅層完好所以該處不可能屬于第區(qū)，因而可免于評(píng)定。第2級(jí)評(píng)定較復(fù)雜一些，材料表面硬度，現(xiàn)場(chǎng)金相表面覆膜，磁粉或滲透探傷，外形尺寸變形的宏觀檢測(cè)都將采用。api 579給出了碳鋼材料在不同火災(zāi)溫度下暴露后晶粒尺寸變化規(guī)律、奧氏體不銹鋼的敏感性資料（即不同含碳量的

19、奧氏體鋼形成碳化鉻在晶界中沉析的溫度時(shí)間條件曲線圖，由全相覆膜是否發(fā)現(xiàn)這一特別金相組織可起溫度指示器的作用）和第2 級(jí)的評(píng)定方法。一般評(píng)定過程是：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)硬度估算材料強(qiáng)度后按api 579規(guī)定的公式確定實(shí)際材料許用應(yīng)力，然后用常規(guī)的簡(jiǎn)單公式進(jìn)行強(qiáng)度校核。如果發(fā)現(xiàn)有裂紋狀缺陷、局部減薄等缺陷時(shí)還應(yīng)該按不同的缺陷評(píng)定方法進(jìn)行評(píng)定。在評(píng)定中還應(yīng)考慮在火焰中表面殼體和內(nèi)件間的巨大溫差是否引起了裂紋；有時(shí)還需要考慮材料的蠕變損傷，但只要高溫時(shí)間不長(zhǎng)可以免予考慮。第3級(jí)評(píng)定是用于第2級(jí)評(píng)定法無(wú)法執(zhí)行或者通不過的時(shí)候。前者，如結(jié)構(gòu)已嚴(yán)重變形或者在結(jié)構(gòu)不連續(xù)部位殼體畸變，常規(guī)設(shè)計(jì)用的強(qiáng)度計(jì)算公式已不適用，

20、就只好采用有限元計(jì)算和應(yīng)力分類的分析設(shè)計(jì)方法進(jìn)行強(qiáng)度校核的第3級(jí)評(píng)定了。由于第2級(jí)評(píng)定時(shí)材料強(qiáng)度是硬度間接核算方法得到的，所以所用的許用應(yīng)力是很保守的，如果是由于這個(gè)原因而沒有通過第2級(jí)的評(píng)定的話，采用第3級(jí)的方法，由現(xiàn)場(chǎng)金相或直接取樣進(jìn)行力學(xué)性能實(shí)測(cè)就有可能通過。 2、英國(guó)含缺陷結(jié)構(gòu)完整性評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)（6）r6-rev.4:2001是在英國(guó)british energy（英國(guó)核電公司）、bnfl（英國(guó)核燃料公司）及aea（英國(guó)原子能管理局）組成的結(jié)構(gòu)完整性評(píng)定規(guī)程聯(lián)合體下的r6研究組編制的。r6第3版后已陸續(xù)地增補(bǔ)了10個(gè)新附錄，由于近年來(lái)斷裂力學(xué)評(píng)定技術(shù)的發(fā)展特別是sintap、bs7910和美

21、國(guó)api 579的出現(xiàn)，故而吸收世界各國(guó)研究進(jìn)展和r6自己發(fā)展計(jì)劃決定對(duì)r6作了全面修改，于2001年頒布了第4次修訂版?，F(xiàn)將主要變化介紹如下： 2.1 失效評(píng)定曲線三種選擇的變化(1) r6-op.1的原失效評(píng)定曲線被sintap的第0級(jí)的曲線取代，即由：(30)改為： (1)以保證在低處與r6-op.2曲線一致，對(duì)有屈服平臺(tái)材料lrmax取等于1。(2) r6-op.2改為有三種曲線。原r6-op.2曲線仍保留，被稱為材料特征的選擇2曲線（式23），用于已知材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系數(shù)據(jù)時(shí)建立選擇2曲線。在不知道材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系數(shù)據(jù)時(shí)，采用sintap第1級(jí)（基本級(jí)）失效評(píng)定曲線的研究成果，給出的兩

22、種可供選擇的近似曲線，分別用于無(wú)屈服平臺(tái)的連續(xù)屈服材料和有屈服平臺(tái)的非連續(xù)屈服材料，只要求知道材料的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和楊式模量，不需要知道應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。一種是連續(xù)屈服（即無(wú)屈服平臺(tái)）材料用的近似選擇2曲線。在lr1但lrmax的范圍內(nèi)， (7）這里，f2cr (1)為按式（3）在lr=1時(shí)的(lr)值。(10) n為材料應(yīng)力-塑性應(yīng)變關(guān)系用冪函數(shù)擬合表示時(shí)的指數(shù)，可用式（8）近似估算。 (8)另一種就是不連續(xù)屈服（有屈服平臺(tái)）材料的近似選擇2曲線。在lr1處： (3)在lr=1處的f2dy(lr)為：（4）這里 (5)屈服平臺(tái)長(zhǎng)度可按下式估算(6)在1lr1）還是欠匹配（m1），fym/

23、fyb值（即不匹配焊接接頭的塑性極限載荷與純母材的塑性極限載荷之比）總是處于1至m之間。因而m1的過匹配時(shí)取fym等于fyb，總是保守的。在過匹配時(shí)，（焊縫厚/剩余韌帶）越大，或者（a/w）越小，焊縫不匹配對(duì)極限載荷（fym/fyb）的影響越低。如果裂紋靠近熔合線，fym值非常接近fyb的值。在欠匹配時(shí)（a/w）值不影響fym，尤其在（焊縫厚/剩余韌帶）值較大的時(shí)候。2.8 持續(xù)載荷（sustained local）對(duì)延性材料，即使溫度低于蠕變范圍也可能發(fā)生與時(shí)間有關(guān)的塑性變形，因而受持續(xù)載荷結(jié)構(gòu)可能在應(yīng)力水平低于其在單調(diào)加載和位移加載時(shí)的塑性失效載荷下發(fā)生斷裂。然而通常僅發(fā)現(xiàn)在持續(xù)載荷接近單

24、調(diào)加載的塑性極限載荷時(shí)才發(fā)生失效。但在較低載荷下可能發(fā)生有限裂紋擴(kuò)展，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載能力的降低。試件試驗(yàn)顯示，奧氏體鋼和鐵素體鋼在持續(xù)載荷達(dá)到或超過全面屈服（即lr=1 ）時(shí)才可能發(fā)生與時(shí)間有關(guān)的斷裂，這些試驗(yàn)是鐵素體鋼在室溫和70進(jìn)行的。因而在評(píng)定時(shí)當(dāng)lr1時(shí)不必要考慮持續(xù)載荷。316鋼在室溫下試驗(yàn)表明，lr0.65持續(xù)時(shí)間小于100h時(shí)持續(xù)載荷效應(yīng)可略而不計(jì)，在再持續(xù)1h以后相對(duì)因子0.65的值才很慢地減小。鐵素體鋼當(dāng)lr0.9時(shí)也可不考慮。本規(guī)程給出了考慮持續(xù)載荷效應(yīng)的評(píng)定方法，其原理是考慮持續(xù)時(shí)間內(nèi)塑性應(yīng)變積累對(duì)lr和kr的影響，即對(duì)評(píng)定點(diǎn)位置的影響，仍然用失效評(píng)定圖進(jìn)行斷裂評(píng)定和塑性失

25、效評(píng)定。一般采用選擇1曲線，也可采用其他高級(jí)的失效評(píng)定曲線。根據(jù)實(shí)驗(yàn)認(rèn)為持續(xù)載荷效應(yīng)對(duì)lrmax值沒有影響。評(píng)定的過程是先選擇持續(xù)時(shí)間th內(nèi)允許的裂紋擴(kuò)展量a0，當(dāng)然a0應(yīng)該小于斷裂實(shí)效的裂紋擴(kuò)展量af=afa0（af為斷裂臨界尺寸），并有足夠的安全系數(shù)。定義a1=a0+a0，材料的斷裂韌度也應(yīng)該是相應(yīng)于a0的斷裂韌度kmat（a0）。按a1及 計(jì)算lr。由lr得到 值，再確定參考應(yīng)變 ,它是參考應(yīng)力 和持續(xù)時(shí)間的函數(shù)，可由評(píng)定溫度下的恒應(yīng)力蠕變曲線或等時(shí)的單向應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)獲得。然后計(jì)算kr=k1(a)/kmat(a0)和評(píng)定點(diǎn)的縱坐標(biāo) 。將(lr,ktr)點(diǎn)在失效評(píng)定圖中完成評(píng)定工作。 3、

26、英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)bsi pd6493的修改版bs 7910金屬結(jié)構(gòu)中缺陷驗(yàn)收評(píng)定方法導(dǎo)則pd 6493:1991已與pd 6539:1994（高溫評(píng)定方法）15合并，根據(jù)它們近十年來(lái)研究成果，包括sintap的歐洲統(tǒng)一安全評(píng)定方法的研究成果，于2000年發(fā)表了修正版，稱為bs 7910：1999，規(guī)范名稱改為金屬結(jié)構(gòu)中缺陷驗(yàn)收評(píng)定方法導(dǎo)則。3.1 斷裂評(píng)定方法的變化仍然是三級(jí)評(píng)定。原來(lái)的初級(jí)評(píng)定內(nèi)容基本不變，但改稱簡(jiǎn)化評(píng)定方法，采用失效評(píng)定圖法。而原pd 6493中的cod設(shè)計(jì)曲線法被列入bs7910的附錄n，cod設(shè)計(jì)曲線的地位進(jìn)一步下降。第2級(jí)正常評(píng)定法經(jīng)歷了一個(gè)曲折的修改過程。原pd 6493：

27、1991版的第2級(jí)正常評(píng)定法為老r6（第2版）的cod窄條區(qū)模型失效評(píng)定曲線。1995年及1997年的修改草稿中改為三種選擇，第一種為1991版的窄條區(qū)模型失效評(píng)定曲線，用于 的低硬化材料，第二種為r6第3版的op.1曲線，用于 的高硬化材料，第三種為r6第3版的op.2曲線，反映出pd6493全盤r6化的過程。由于近年sintap的成功實(shí)現(xiàn)了歐洲安全評(píng)定方法的統(tǒng)一化，在2000年bs7910：1999頒布時(shí)，和r6第4版一樣均采用了sintap的統(tǒng)一成果，cod窄條區(qū)模型的失效評(píng)定曲線也取消了。bs7910的第2級(jí)正常評(píng)定的失效評(píng)定曲線改為兩種，即2a級(jí)和2b級(jí)。2b級(jí)曲線與原pd 6493

28、：1991版的第3級(jí)評(píng)定曲線相同，即r6第3版的op.2曲線（式23）。2a級(jí)曲線采用sintap的基本級(jí)評(píng)定曲線（參見1.1.2節(jié)）。如果應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線已知可用2b級(jí)，否則用2a級(jí)。對(duì)有屈服平臺(tái)的非連續(xù)屈服材料或者不能證實(shí)沒有屈服平臺(tái)，在使用2a級(jí)失效評(píng)定圖時(shí)lrmax應(yīng)取為1.0，否則只有采用2b級(jí)的曲線。bs 7910第3級(jí)（撕裂失穩(wěn)評(píng)定）仍然保留pd 6493：1991中的3a級(jí)和3b級(jí)不變，在已知材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系時(shí)用3a，否則用3b。bs7910還增加了一個(gè)3c級(jí)，其實(shí)就是采用了r6第3版op.3失效評(píng)定曲線。3.2 疲勞評(píng)定的變化bs7910的疲勞評(píng)定方法基本上與原pd6493:

29、1991的相同，僅作了少量修改。pd6493的特色可能是它的疲勞評(píng)定了，尤其是質(zhì)量等級(jí)評(píng)定法。修訂后的主要變化是推薦了新的疲勞裂紋擴(kuò)展律。采用了基于近年來(lái)大量鋼材在空氣及海水中疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)數(shù)據(jù)取得的更為精確的兩段paris關(guān)系式和應(yīng)力比r的修正法等。特別是考慮環(huán)境的影響，例如給出了在海水環(huán)境中有陰極保護(hù)和無(wú)陰極保護(hù)時(shí)的新推薦方法，在較高溫度下的疲勞裂紋擴(kuò)展等。為了方便，同時(shí)也給出了新的、簡(jiǎn)化的、保守的（包絡(luò)線）單段paris關(guān)系，實(shí)驗(yàn)的應(yīng)力比為r0.5，以給出保守的焊接接頭裂紋疲勞擴(kuò)展分析結(jié)果，新的鐵素體鋼在空氣中的疲勞裂紋擴(kuò)展律與pd6493時(shí)的相比，擴(kuò)展速率要略高一些。3.3 bs79

30、10的附錄bs7910b包含了21個(gè)附錄，很多來(lái)自r6和sintap，因而這里不作進(jìn)一步的介紹?；仨?yè)首4、美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)api 579推薦用于合乎使用的實(shí)施辦法的概貌和最新進(jìn)展近年來(lái)，美國(guó)結(jié)構(gòu)完整性評(píng)定技術(shù)也有很大發(fā)展，在規(guī)范中最引人注目的就是已出版的api 579 (推薦用于合乎使用的實(shí)施方法)和正在準(zhǔn)備的api 580：2000 recommended practice for risk-base inspection。前面介紹的sintap、r6、bs790的工業(yè)背景主要是電站（包括核電）及海洋石油平臺(tái)，它們的發(fā)展主要反映了缺陷的斷裂評(píng)定技術(shù)（包括塑性失效評(píng)定）和疲勞評(píng)定技術(shù)的發(fā)展。a

31、pi 579的工業(yè)背景是石油化工承壓設(shè)備，其特點(diǎn)是更多反映了石油化工在役設(shè)備安全評(píng)估的需要。 美國(guó)初期的承壓設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)主要是關(guān)于新設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)的規(guī)則，并不提及在役設(shè)備的退化和使用中發(fā)現(xiàn)的新生缺陷和原始制造缺陷的處理問題。后來(lái)制定了一些在役檢驗(yàn)規(guī)范，如api 510（壓力容器檢驗(yàn)規(guī)范），api 570（壓力管道檢驗(yàn)規(guī)范）和api 653（儲(chǔ)罐檢驗(yàn)規(guī)范），這些規(guī)范給出了有關(guān)在役設(shè)備檢驗(yàn)、修理、更換，重新確定額定工作能力或改造的規(guī)劃，但實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)仍然存在著不少不能解決的問題。api 579就是為此組織制定的，以保障老設(shè)備繼續(xù)工作的安全；以提供良好的合乎使用的評(píng)定方法；以保證給出堅(jiān)實(shí)可靠的壽命

32、預(yù)測(cè)；以幫助在用設(shè)備的優(yōu)化維修及操作；以保證舊設(shè)備有效利用提高經(jīng)濟(jì)服務(wù)的期限。這一規(guī)程和即將發(fā)表的api 580的結(jié)合將能提供風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、確定檢驗(yàn)的優(yōu)先次序和維修計(jì)劃。api 579與其它標(biāo)準(zhǔn)不同之處是不僅包括在役設(shè)備缺陷安全評(píng)估，還在很廣范圍內(nèi)給出在役設(shè)備及其材料的退化損傷的安全評(píng)估方法。前者的技術(shù)和bs7910、r6都相差不大，所以這里不再詳述，但有很多內(nèi)容是其他標(biāo)準(zhǔn)未討論到的，這些內(nèi)容對(duì)我們石油化工承壓設(shè)備的工作者來(lái)說十分重要和有益。下面先列出某些章節(jié)的內(nèi)容。第4章：均勻腐蝕的評(píng)定第5章：局部減薄及槽狀缺陷的評(píng)定第6章：點(diǎn)蝕的評(píng)定第7章：鼓泡及分層的評(píng)定第10章：高溫蠕變操作元件的評(píng)定第1

33、1章：火災(zāi)對(duì)設(shè)備造成損傷的評(píng)定4.1 局部減薄及槽形凹坑的評(píng)定包括評(píng)定技術(shù)及驗(yàn)收準(zhǔn)則和剩余壽命評(píng)定的兩類技術(shù)。評(píng)定技術(shù)及驗(yàn)收準(zhǔn)則又分為3級(jí)。級(jí)別1的評(píng)定是僅考慮內(nèi)壓載荷的設(shè)備局 部減薄的評(píng)定，只要求凹坑表面長(zhǎng)，寬，深來(lái)表征缺陷尺寸。級(jí)別2評(píng)定用于凹坑在壁厚方向的尺寸（即深度）變化很大時(shí)的評(píng)定，缺陷用深度變化形狀來(lái)表征，可以考慮更一般的載荷，例如筒殼上凈截面彎矩，還可以用于接管區(qū)凹坑的評(píng)估。級(jí)別3用于更復(fù)雜區(qū)域的凹坑評(píng)定，一般都要求作詳細(xì)的有限元分析。第5章長(zhǎng)達(dá)39頁(yè)，我國(guó)學(xué)者在這一領(lǐng)域已經(jīng)做了不少工作，但api的工作值得作為我們今后繼續(xù)研究時(shí)的參考。4.2 點(diǎn)蝕評(píng)定點(diǎn)蝕可能是非常分散的，也可能

34、是集中在一個(gè)局部地區(qū)，如果單個(gè)凹坑就屬于第5章的任務(wù)了。點(diǎn)蝕坑幾何形狀可能十分復(fù)雜，精確測(cè)量有時(shí)是困難的，但如果采用第2級(jí)評(píng)定法時(shí)又是必要的。api 579提供了三級(jí)評(píng)定法，第1級(jí)只適用于韌性材料，如果由于溫度或環(huán)境可能使材料脆化就要用第2級(jí)評(píng)定方法了。第1級(jí)和第2級(jí)只適用于承受內(nèi)壓的球、筒、錐等形狀殼體上的點(diǎn)蝕評(píng)定。接管和管件等形狀復(fù)雜的殼體上點(diǎn)蝕就必須要采用第3級(jí)評(píng)定方法。4.3 鼓泡及分層缺陷的評(píng)定本方法適用于氫致鼓泡承壓元件的評(píng)定。濕h2s及hf在低溫下由于原子氫的侵入鋼內(nèi)，在夾雜物處又結(jié)合成分子氫，因不可能再滲出而造成局部區(qū)的高壓引起材料鼓泡分層。有時(shí)候鼓泡的周邊裂紋會(huì)向壁厚方向擴(kuò)展，特別是當(dāng)鼓泡處于接近焊縫處，因而這是石油化工設(shè)備經(jīng)常會(huì)遇到的一個(gè)問題。由超聲波測(cè)得板中的分層除非證明是氫積累造成的不應(yīng)視為鼓泡，如果其不平行于鋼板表面應(yīng)按面型缺陷進(jìn)行斷裂評(píng)定。如果它是平行于鋼板表面也可以采用本方法進(jìn)行評(píng)定。api 579鼓泡評(píng)定方法也分成3級(jí)，各自適用范圍基本上與第6章的點(diǎn)蝕評(píng)定相似。4.4 火災(zāi)引起設(shè)備損傷的評(píng)定遭受到火災(zāi)極高溫加熱的壓力容器、管道和儲(chǔ)罐可能外表看來(lái)結(jié)構(gòu)損傷了，但力學(xué)性能沒有明顯的退化，可能還能夠繼續(xù)使用。所以必要建立這種問題的合乎使用的評(píng)定方法。api 579第10章將火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)三維空間劃分為6個(gè)區(qū)，分別為區(qū)（室溫區(qū)