腐蝕環(huán)境中的疲勞裂紋擴(kuò)展

1、 兩 種 試 樣 中裂 紋 尖 端 的 殘 余 應(yīng) 力 不 同 有關(guān) 。 焊 , 則 明顯 減 小 。 由 不 同 的 焊接 工 藝加 工 成的焊縫 . 縫金屬 的 d a/ d N , 和 實(shí) 驗(yàn)介質(zhì)之 間 并 未 發(fā)現(xiàn) 有 金 屬 試 樣也 有 相 似 的 趨 勢(shì) C cT 和 s E cT 試樣 系統(tǒng) 的關(guān) 系 這 意 味著 在給 定 的循 環(huán) 頻 率下 焊 的 焊 縫 金 屬 的 擴(kuò) 展速率 的 差 別 可 能和 兩 種試 樣 接 接 頭 的 裂 紋 擴(kuò) 展 性 能 主 要 是 由殘 余 應(yīng) 力 控 制 。 中 的 裂 紋 尖 端前 的 殘 余 應(yīng) 力不 同 有關(guān) 現(xiàn) 有 系統(tǒng) 的關(guān)

2、系 頻率 下 力 控制 , , . 。 然而 焊 縫 金 屬 的裂 紋擴(kuò) 展速 率 和 實(shí)驗(yàn) 介 質(zhì) 之 間 并未發(fā) 這個(gè) 事 實(shí) 意 味著 在 給定 循環(huán) 。 焊 接接 頭 的裂 紋 擴(kuò) 展 性 能是 由 殘 余應(yīng) 而 不 是 環(huán)境 介 質(zhì) CCT 試禪 三 0 : 二二 . 瞥 1 吞 1t l , . - S EC T 試禪 圖“ 農(nóng) . 3 硯種焊接接 頭 試 樣 焊 接 條件 速度 以n / 而 n l6 序號(hào) 焊 接 方 式 電流 電 壓 A V 熱輸 入 預(yù) 熱 溫 度 e J k / m 100 1 手工 焊 埋 弧焊 17 0 30 38 l9 升 一 鑄一 , 心 l l

3、2 52 0 53 0 53 0 53 0 50 40 50 24 30 23 38 3 4 5 同 上 上 38 36 圖1 2 / 母材 的 d a d N 一A 關(guān) 系 K - 同 間 上 4 . 36 30 , , 1 5 1 戲余 應(yīng) 力 對(duì) 疲 勞 裂紋 及 擴(kuò) 展 的 影 響 dN 圖 n 顯示 了在 實(shí) 驗(yàn) 室 空 氣 中和 在 人 造 海 水中 , / 母材 的裂 紋 擴(kuò) 展 速 率 d a 和 應(yīng)力 強(qiáng) 度 6 7H . 國(guó) 翻 卜 1 l 互二 國(guó) 仁甲 翻 匕 l 二 l ,、 國(guó) C C , 加陽 m l 二一5 . 二二 心 , 口 仁C t 口 C叮 了 翻加 1

4、1 二l 一 仁 二 口 、r r 翻匕 二二 佑 S E C , 白. 壓 二l 一 1 位二 l 口I 、. , 甲 C亡 y 尸 節(jié) . l . . 鉚心 勺 叭 .翻 卜 . 圈 壓二 三 , t ”, . , 。戶 口 1 汗 甲叭 . 戶日 刀 吸. . . 翻 . . 二 ., l . .州 , . r 因 子 幅度 研 的關(guān) 系 。 從 圖 可知 在 , z 的人 造 海 水 中的擴(kuò)展 速率 和 在 實(shí)驗(yàn) 室 空 氣 中 的 大 致 相同 12 。 用 海 水 中的 擴(kuò)展 速 率 比較 , 當(dāng)循 環(huán)頻 率 。 口 _ B一 戶 m e t. 減 小 時(shí) 毋 材 的裂 紋擴(kuò) 展

5、速率 有增 大 的 趨 勢(shì) 圖 表 明 頻率 在 , 0 0 7 和 6 4H : 1 . . 之 間 空 氣 中和 。 , l - 海 水 中的 焊縫 金 屬 的裂 紋 擴(kuò) 展 速率 見 為 比較起 口 在 同 一 圖 中用 直線 畫 出 了 母 材在 空 氣 中 的 。 裂 紋擴(kuò) 展 速率 不論 什 么 實(shí) 驗(yàn)介 質(zhì) 。 , 用 CCT 公 喊 M P一 子 試 圖 1 3 a d 焊縫的 d / 賈 樣側(cè) 得 的焊 縫 金 屬 裂 紋擴(kuò) 展 速 率 大 約 等于 或高 于 母材 的 裂 紋 擴(kuò) 展 速 率 而用 sE r c N 一 乙g 關(guān)系 試 樣測(cè) 得 , 在 無缺 口 的焊 接

6、金屬 試 樣 上 裂紋 沿 頂 期的 的 焊 縫金 屬的 裂 紋 擴(kuò) 展 速 率與母 材 的 相 比較 口 腳1 . 方 向擴(kuò) 展 的 縱 向殘 余 應(yīng) 力 分 布 的 例 子 如 圈 1 3 V o 且 10 . . N o . 1 1習(xí) 3 9 11 、 腐蝕 環(huán) 境中 的盆 勞裂紋 擴(kuò) 展 所示 縱 向殘余應(yīng) 力 兒 (幻 在靠近 試 樣兩 邊是 壓 應(yīng) 力 而 書近試 樣 中間則 為拉 應(yīng) 力 由于 。 。 然而 對(duì) 于 具 有 殘 余 壓 應(yīng) 力的 sE c T 焊 縫試 , . 樣 的斷 口 觀 察發(fā) 現(xiàn) 的 腐 蝕 產(chǎn)物 。 , 表 面 筱 蓋 著深 棕色 的 較厚 。 其結(jié)果

7、是 在焊縫 金 屬 的 C c T 試 樣里 裂紋尖端 總是 處 在拉 伸 殘 余應(yīng)力 區(qū) 而 在 s 以, 焊 縫 金 月 試樣 里 裂紋 尖 端 總 是 處 在 壓 縮 殘余 應(yīng) 力區(qū) 因 此 用 C c T 試 樣所得 的焊縫 金 屬 (幻 的分布 , , 。 : 不 象 具 有 殘 余 拉 應(yīng) 力 的斷 口 表 面 僅部 分夜 蓋 著 一 層 較 薄 的紅 色 鐵銹 后 者 那 么 容易 去 除 。 前 者 不象 這 層 腐 蝕 產(chǎn)物 在 裂 紋 擴(kuò)展 , 的抗 裂 紋 擴(kuò) 展 性 比 用 s E c T 試 樣 測(cè) 得 的 抗 裂 紋 期 間 導(dǎo) 致 了 裂 紋 面的 更 早接觸 紋

8、 閉合 的 程 度 。 從 而 增 加 了裂 擴(kuò)展 性要 差 如果 用 s E c T 和 C c T 的邊缺 口 試 樣 所 得 的 裂 紋 擴(kuò) 展 數(shù) 據(jù) 來 估 計(jì) 焊 件 的 疲 勞壽 . 所以 s E CT 焊縫 金 屬 的 裂 紋 擴(kuò) 。 展 延遲 可 以 解 釋 為 裂 紋 前 沿 存 在殘 余 壓 編應(yīng) 力 和 腐 蝕產(chǎn) 物 楔 入 效 應(yīng) 所 共 同作 用的 結(jié) 果 命 . 可 能難于 保守地 評(píng) 價(jià)焊 接構(gòu) 件的 完 整 性 竺 二 邊 洲t 一 近 似住 . . 一 . 一- 了 / Z - 甘 八 性 _ 石 . 性 , - 】護(hù) . 、 . . . 一 , , 亞 腸

9、 區(qū) 二 嘴 口 i , 亞二 區(qū)丘亡 二 目 五i 一 5 W 互n 團(tuán)( l腳 目 口三 1 5 二 二 國(guó)匡亙 . 釗 目 【 1 I 國(guó)睡 匡lw 目 一 工 5 亙 巨 國(guó)l 二 I 巨 . 工 國(guó) 巫互 二 巫乞 5 二 乞 團(tuán)區(qū)互 l 巨 1 5 “ CC . 1 1 I 團(tuán) ( l 【 二 j;二 區(qū) 口它 . . . . 互, 一 l . w I , 匣 腸三 五 一 E 二 默 S 崢. 口 . . . , C ! , 一 . . 么i , . . , 幾 I護(hù) 護(hù) 口 t . . . c , l , 一 、 日 l . 口 L 呂 m m 4 圖1 4 2 . 殘 余 應(yīng)

10、力 分布 圖 5 圖 1 0 1 7 . 奴 率對(duì) 裘紋 擴(kuò)展 速 率 的 影 響 : , , 母材與焊 縫 的 血/ d N 一 斌 I 關(guān) 系 . 由 圖 1 可知 在海 水 里 當(dāng)頻率 為 Z H 時(shí)母 材 的 裂 紋 擴(kuò) 展 速 率 較 頻 率 為 擴(kuò) 展 速率 要 增 長(zhǎng) , 6 7 . z H 時(shí)的 , , 2 至 3 倍 ; 在 CcT 試樣 中 焊 這 口孟 引圖 黑 r 巨 宜 壓困 壓 l . 于 護(hù), 叭n 產(chǎn) , 陽. l t 縫 母 材 的裂 紋擴(kuò) 展速 率 曲 線幾 乎成 平 行 線 . 2 些 線 與撅率 有關(guān) 如 圖 1 所 示 從這 些 試 驗(yàn)結(jié) 果可 見 加

11、 。 : 母 材和 具有 殘 余拉 應(yīng) 力 的焊 縫 金 屬 在 海 水 中的 裂 紋擴(kuò) 展 速 率均隨 著頻率 的 降 低 而 增 在 海 水 中試 驗(yàn) 的 幾種 高 強(qiáng) 鋼據(jù) 報(bào)導(dǎo) 也 有類 。 同應(yīng) 二 d 立 W們 三 困 5二 國(guó)【 宜 目 匡困l 卜 注r r 闊氏價(jià) 1 目 局二1 5 民 圈找t了 峪 院丈l 不 國(guó)阮籠 . w 目 lr 藝. 、” 同陣 藺 場(chǎng) 院它1 0 1 , 同 奮, 卜 院笙1 5 “ 丫. 藺二 二 同民屯甲 沖 l r I , 同作六 i二 , 戊二匕 1 二 匡 1 同在立 腳口 . , . 腸 . . . 抽, l w S 戶. . . 一

12、鈞陌 . . 口 臼 . . , 盛 似 的頻 率 影 響 . 0 17H z 口 用掃 描 電鏡 觀 察 斷 口 發(fā)現(xiàn) , 當(dāng)頗 率 由 降到 0 O 17 H Z . 時(shí) 解理 裂紋 的面 積 百分 , , 口 比 有 增 加趨 勢(shì) 。 可見 對(duì) 于 解理 裂紋 的形成 . 反 吞K , f . 應(yīng) 時(shí) 間是 極 其重 要的 在頗 率 6 7H z . 時(shí) , 未觀 圖 16 M P 一方布 察到 解 理裂 紋 , 這 可 能與反 應(yīng) 時(shí) 間很 短而 不 能 。 形成 解理 裂 紋 有 關(guān) a d 母材 與 焊縫 的 d / N I 一吠 , / 尸 關(guān) 系 . 壓 力容 器 0 第 1

13、卷第 l期 4 3 . 殘余 應(yīng) 力 下 腐 性 凌 勞 裂 紋 擴(kuò) 展 的 枯 , 叮 (夕 = 一 6 6 3 + 2 5 18 聲 3 1 0 4 尸 一 . . . 葬 + 1 4 4 1 尸+ 2 (l 一 聲 , 1 2 . 在 給 定撅 率下 圖 翻成 九 , , 11、 2 1 所 示 的裂 紋 擴(kuò) 展 , “ , + 5 0 4 (l 一 刀 + 1 9 8 夕 . . 遨率幾 乎 不 受 海水 環(huán)境 的 影 響 但 焊縫 金 屬 的 試樣 例外 因 為 它 受 到 殘 余 壓 應(yīng) 力 和 腐蝕 。 2 (l 一 尹 產(chǎn) 物的楔 入 效 應(yīng)影 響 式中 , 。 為裂 紋 長(zhǎng)

14、度 ; W 為試 樣 寬 度 , 。 殘 余 應(yīng) 力 的 分 布可 以 表 示 為 許多 點(diǎn) 的 力 垂 假 設(shè) 殘 余 應(yīng) 力 對(duì) 裂 紋 擴(kuò) 展 速 率 的 影 響相 當(dāng) 于 應(yīng) 力 比 對(duì)母 材 d 。 / d N 的 作用 直作用 于 裂 紋面 的 連續(xù) 聚 合 的力 , . 用 作用 在小 部分 計(jì) 及 殘 余應(yīng) 力 (3 裂 紋上 和整 個(gè)裂 紋長(zhǎng) 度上 分 布 的 力 代 替 某 一 點(diǎn) 就可 以 算 出 2 的 應(yīng)力 比 刀扁 . 禮 如下 式所 示 (K 二 + K , / , : K, . = (K 十 K , Cc T 入一 = a 試樣的 K . 如下 : 因此 J 計(jì)

15、及 殘 余應(yīng) 力 的有 效應(yīng) 力 強(qiáng) 度 因 子 : 花 一 石 畝J 。 : , 護(hù) “ 、2 , (云 與 d: (l 幅度 乙 么兀 , B I , 表示 如下 , (v + d R , , 八K , (4 /W二 / a . 式中 1 一儼 和 為常 數(shù) 由母 材的 裂 紋 張 開 , 。 f (君 8 l = + 0 29 5 g (1 一 e , 和 應(yīng)力 比 。 . R 之 間 的關(guān) 系 確 定 。 分別為 . . 0 80 . 和 2 1 ( 。, 8 8 2 。 . 當(dāng) R 為正 數(shù) 時(shí) 定義 為 , , 上 式 有效 當(dāng) 為負(fù) 用 圖 11 , 、 g (。 , e : -

16、 、 / 石1 ; , l 士 (s i n 。 i /s n 。 數(shù)時(shí) 2 , 了1干 2 耐/ ; a c ( 式中 , , / 2 s o 哪/ c t B , I 吠. , (K + K . 所 示 的 裂 紋 擴(kuò) 展 速 率 和 方 程 (4 ; 確 定和 為裂 紋 半 長(zhǎng) , 研. 重 新繪 圖 可得 圖 14 。 不 論 頻 率如 何 s i 在每 一 w 為試樣 寬 度 之 半 ; 。: (幻 是 用多 項(xiàng) 式 表 示 的 r 個(gè) d a d N 一 研 . 關(guān)系 式 中 P a / B , I 二 方 程 中 的常 數(shù) 殘余 應(yīng)力分 布 S E cT 。 幾 乎具 有 相 同

17、 數(shù) 值 。 a i P r 方 程 的表 達(dá) 式 為 s 試 樣 的 K , 如下 2 : a d d / N 一 C (A K : (/ B , I . , , 頻 率 的 作 用 和 方 程 中的 常 : 公 蕊 護(hù) 山 。, 二了潤(rùn) , 甲氣二 二 l (: G 。 2 , (l 一 / w /W 2 : i二 ( / 云 ; 丫 a , a 數(shù) c 有關(guān) 。 因此 殘 余 應(yīng) 力和 頻 率 影 響的 腐 蝕 . 疲 勞 裂 紋 擴(kuò)展速 率 可 用 下 式 表達(dá) (2 da , /a, 。 . 、 , 。 / 評(píng)= 聲 : / d N = 那 (八K , a (5 F 為由 裂 紋 擴(kuò)

18、 展 加速 比 求 出 的 孩 率 式中 , G ( 聲 “ , (聲 + + 。 叮 . , : (聲 + a , 3 (聲 了 相關(guān) 因 子 . 山/ N 對(duì) d , 么兀 , / F 5 的關(guān)系見 圖 1 , 。 (尹 護(hù) 在 實(shí) 際 焊 接 結(jié)構(gòu) 中 (5 疲 勞 裂 紋 源 局 限在 有 拉 伸 因 此 可 以 用式 殘 余應(yīng) 力 的高應(yīng)力集 中區(qū)域 . 夕: “ (聲 0 4 6 + 3 0 6 聲 0 8 4 (l 一 聲 + . 預(yù)測(cè)海 洋 結(jié) 構(gòu) 的焊 接接 頭 的 疲 勞 裂紋 擴(kuò)展 。 十 0 6 6 嚴(yán) (l 一 聲 . 2 壽命 對(duì) 于 具有 壓 縮 殘 余 應(yīng) 力的

19、 焊縫 金 屬 , 。 , 由 , 2 (聲 一 3 5 2 . . 尸 . . 于 腐 蝕產(chǎn)物 的 楔 入效 應(yīng) 有 效 應(yīng) 力強(qiáng) 度因子 的 : 夕 (聲 6 1 7 一 2 8 2 2 夕 3 4 5 4 尸 + 一 1 4 3 9 尸一 . . 估算 是 很 困 難 的 今考 文獻(xiàn) (1 一 聲 , / . : (略 一7 一 5 8 8 (l 一 聲 5 一 2 6 4 尸 (1 一 夕 2 劉永 強(qiáng) 、 宗若哭 編 譯 自 Ic V PT 論文紐 王 印培 校 C護(hù) r v l : O 期的 尋 洲沁 1 1 ”3 壓 力 容 器 19 9 3 年第 l 期 . 計(jì)算 貫 穿 裂紋

20、疲 勞 J 積 分 范圍和 . 變 J 積 分范 圍簡(jiǎn) 化方 法 的 改進(jìn) . 獨(dú) 聯(lián)體使 用 的壓 力 容 器標(biāo) 準(zhǔn)規(guī) 范 近 況 本 文 列 出前 蘇 聯(lián) 近 1 年 發(fā) 布 的 現(xiàn) 在 仍 然生 效 實(shí) 0 . 為 了檢 查 表 征疲 勞和 峨 變 疲 勞 裂紋 特 征 的 計(jì)算 方 法精 度 進(jìn) 行 了 一 系 列 試 驗(yàn) 結(jié) 論 為 , J 積分 的J : (” K u I 施 的 壓 力容 器 標(biāo) 準(zhǔn) 規(guī)范 中 4 項(xiàng) 國(guó) 家標(biāo) 準(zhǔn) ( 0 , (x 月 , 、 行 在計(jì) 算 r 疲 勞 J 積分 中 , 用 循 環(huán) 應(yīng) 力應(yīng) 變方 程 代替 . a n l 業(yè) 標(biāo)準(zhǔn) (儀 習(xí) 和

21、 指 導(dǎo) 性 文 件 ( 日 1 , 。 這 些 標(biāo) 準(zhǔn)規(guī) 范 對(duì) 。 我 國(guó) 壓 力 容器 技術(shù) 具有 重 要 參考價(jià) 值 積 分 方 程 中的 穩(wěn) 態(tài) 應(yīng) 力應(yīng) 變 方 程 可提 高 簡(jiǎn)化 方 法 的 精度 . (2 在 計(jì) 算峨 變疲 勞 J 積 分 中 ; 用 循 環(huán) 載荷保持 N o to r n . 旋壓封 頭 殘余 應(yīng) 力的 試 驗(yàn)研究 本 文 采用 鉆小 盲孔 法對(duì) 旋 壓 橢 圖 封 頭 進(jìn)行 了 殘 余 應(yīng) 力的 試 驗(yàn)研 究 結(jié) 果 表 明 旋 壓 封 頭 產(chǎn) 生 的 冷加 工 殘 , 過 程 中 近 似 表 征 端 變行 為 的 端 變 方 程 代替 形 式 的峨 變

22、方 程 . 可提高簡(jiǎn)化 方 法的 精 度 。 : . 度蝕環(huán) 境中 的疲勞 裂 紋擴(kuò) 展 本 文 介 紹 了室 溫 條 件 下 氮 氣和 最 高 壓 力 達(dá) 9 . 余 應(yīng) 力 存在 于 整 個(gè) 封 頭 r c 一 。 本 文 還 對(duì) 旋 壓 封 頭 在 內(nèi)壓 作 。 ZI i / IM 。 鋼在 1 IM . a P 用下 的 應(yīng) 力 水 平 及 分 布狀 況 進(jìn) 行 了實(shí) 測(cè) 研 究 gM a P 的 氫氣 環(huán) 境 下 的 斷 裂 疲 勞 。 . 雙 層球. 無 模成形 技 術(shù) 研 究 本 文 介 紹 了 雙 層 球皓 整 體 無 模成 形 技 術(shù)的 原理 工 藝 過 程 和 技 術(shù)特 點(diǎn)

23、 . 、 特 性 及 為 防止 氫 致 裂 紋 擴(kuò) 展 而 在氫 氣 中 加 入 的氣 體 緩 蝕 劑 對(duì)鋼 的疲 勞 裂 紋 擴(kuò) 展 的 影 響 發(fā) 現(xiàn) 氧 或 一 氧 化碳 , , 對(duì) 防 止 氫致 裂 紋 擴(kuò) 展 有很 大 作 用 另 外 還 介 紹 了 在 人 . 討論 了 殼 體 脹 形 前 的結(jié) 構(gòu) 和 殼 、 體 材料 分 析 了 實(shí) 驗(yàn) 殼 體 的 脹形 技 術(shù) 要點(diǎn) 壁厚分布 規(guī) 律 和 直 徑 及 間 隙 分布情 況 . 變形 過 程 、 造 海 水介質(zhì) 中低 碳 鋼焊 接 接 頭 的腐 蝕 疲 勞 裂紋 擴(kuò) 展 特 性 。 還 用 有限 元技 術(shù)探 索 了 殼體 變 形

24、的 初 期 特 點(diǎn) 。 . 裂 紋評(píng)估和在 役檢 查 球 形 煤氣 貯 幼 是 由高 強(qiáng) 鋼 制 成 的 且 每 日 都 要 承 受 壓 力循 環(huán) 的 容器 。 . SA 0 2 4B 鑰厚 板 焊接工藝試 驗(yàn)研 究 B 本 文對(duì) sA 20 4 焊接 工 藝 。 鋼 的 可焊 性 進(jìn) 行 了 研 究 。 在焊 接 日 本煤 氣 協(xié) 會(huì)研 究 了 貯 存 容 器 的 裂 工 藝評(píng) 定 荃礎(chǔ) 上提 出 了 適 合 S A 2 4 鋼 的焊 接 材 料 和 0 B 紋 評(píng) 估方 法 、 用 斷 裂 力學(xué) 建 立 大修 檢查 周 期 方 法 和 將 。 超 聲 法 應(yīng) 用 于貯 姚 的 在 役 檢 查 . 液 壓 脹 , 極限 壓 力 及 脹緊力 計(jì) 算 本 文 介 紹 液 壓 脹 管 的原 理 運(yùn) 用彈 塑 性 理 論 推 導(dǎo)