PDF《电站锅炉承压元件的寿命评估方法》

1 1 ) 就是 O D方程式. 从L a r s o n M i l l e r和O D方程式的推导过程可以 看出, 两种方法只是一种数学演算, 并作了假设. 同时也可看出, 两种方法对常数的假设是存在分歧 的, 由于假设不同, 从而得到了不同的表达式.但两 者的假设既没有以大量的蠕变断裂试验数据为基础, 也没有充分的蠕变断裂机制的物理理论作为依据.

1 .

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3 8年, R o b i n s o n提出了寿命消耗法则.他假 设在蠕变过程中, 当材料在给定的应力和温度下经 羰奔湓诵泻, 其寿命消耗分数是 / r, r是在同样 的应力和温度条件下的蠕变断裂时间.当应力或温 度改变时, R o b i n s o n假设每个寿命消耗分数对其他 各个寿命消耗分数而言均是独立的, 并假设当其寿 命消耗分数之和为1时, 就发生了破坏, 该法则用下 式表示: ∑ 状=0/r=1 (

1 2 ) 式中 状― ― ―温度或应力变化的次数. R o b i n s o n寿命消耗法则采用 / r来表达寿命 消耗分数有其不正确性, 因为 r 值是通过原始材料 在一定温度和应力下的持久强度试验来估算的.由 于钢的成分、 冶金质量和热处理工艺等因素的改变, 将会导致原始状态时持久强度曲线具有很大的分散

3 2 潘柏定等: 电站锅炉承压元件的寿命评估方法 性.在确定运行后高温部件的寿命消耗分数时, 无 法获得与运行部件材料同冶炼炉次和相同热处理状 态的钢的持久强度试验数据确定的 r 值, 由于在选 取 r 值时就存在较大偏差, 则其寿命消耗分数的偏 差更大, 给Robinson法则的剩余寿命评估带来了很 大的不可靠性.

2 以蠕变变形和裂纹扩展为主的方法

2 .

1 θ法20世纪80年代初,E V A N S R W 和WILSHIREB提出了一种描述低合金耐热钢蠕变 曲线的θ ( 射影) 方法.这是一种以蠕变变形量为主 要指标的方法, 其基本理论认为金属材料的蠕变过 程由蠕变第1阶段的应变硬化和第3阶段的应变软 化过程组成, 而没有第2阶段存在.因此, 蠕变曲线 可用下式描述[

2 ] : θ =θ 1( 1-e - θ

2 ) + θ 3( e θ

4 -1 ) (

1 3 ) 式中 θ 椤 ― ―与温度和应力有关的参数;

θ 1, θ 3― ― ―与蠕变第1阶段和第3阶段的变形量 有关的参数;

θ 2, θ 4― ― ―与蠕变第1阶段和第3阶段的蠕变速 率有关的参数. 由于使用θ的条件之一是要求蠕变数据为恒应 力蠕变数据, 为了能够处理恒载荷下所得的蠕变试 验数据[

2 ] , 需要对θ的形式进行修正.对于在高温 高压下使用的低合金耐热钢, 大量试验数据表明, 与 整个蠕变过程相比, 蠕变初始阶段所占份额很小;

碳 化物颗粒的析出与长大加速了蠕变变形, 使蠕变第 3阶段提早出现, 蠕变变形的整个过程呈伪三阶 段[

3 ] .因此, 采用下式描述恒载荷蠕变应变随时间 变化的规律: ε=θ

1 + θ 2( e θ

3 -1 ) (

1 4 ) 式中 ε ― ― ―应变. 为方便数据处理, 通常将θ 1, θ

2 和θ

3 分别改写 为与温度和应力有关的参数 3, 2和α, 则有: ε=3+2( e α -1 ) (

1 5 ) 用修正的θ方程处理不同温度和应力( 通常是 高应力) 下的主蒸汽管材的恒载荷蠕变试验数据, 得 到不同温度和不同应力下的 3, 2和α值.把不 同条件下得到的参数 3, 2和α按l o g λ= + 棣+ + 棣( λ=3, 2, α) 回归处理得到对应于 3, 2和α的不同的材料常数 , , 楹 , 此时可建 立任一温度和应力下的蠕变变形方程.然后借助计 算机可获得蠕变变形量随时间变化的关系曲线, 从 而可得到运行寿命. θ法修正方程与其他外推方法相比更多地考虑 了蠕变的具体过程, 因而可更为准确地预测管道寿 命, 而且有效外推寿命长.