高温生产设备或部件缺陷的安全性评价方法技术

本发明专利技术公开了一种高温生产设备或部件缺陷的安全性评价方法，包括获得生产设备或部件的材料在特定温度下的蠕变应变－时间曲线，并基于蠕变应变－时间曲线建立对应于特定时间的等时应力应变曲线；建立与时间相关的失效评定曲线图：计算确定反映部件发生断裂失效程度的参数Ｋｒ，以及用于确定反映构件发生极限载荷失效程度的参量Ｌ↓［ｒ］，最后将上述得到的参量（Ｋ↓［ｒ］，Ｌ↓［ｒ］）作为状态点放在失效评定图中进行比较，以确定失效评定点并判定是否安全。本发明专利技术提供的技术方法可用于高温生产设备或部件的制造及使用过程中缺陷的安全性分析，避免不必要的维修和保费，进而提高高温生产设备检修计划制定的合理性。

Safety evaluation method for defects of equipment or parts for high temperature production

The invention discloses a safety evaluation of a high temperature production equipment or component defect method, including creep strain time curves obtained production equipment or parts of the material at a specific temperature, stress-strain curve and creep strain time curve based on the corresponding to the specific time when establishing; time dependent failure assessment graph: the calculation to determine the parameters of the Kr components reflect the failure degree, and for determining the limit load reflect component failure degree of the parameters of L: R, and the obtained parameters (K: R, L: R) as a state on the failure assessment diagram and comparison. In order to determine the failure point and determine whether the safety assessment. Technical method provided by the invention can be used to analyze the safety defects in the manufacture and use of the process in the production of high temperature equipment or parts, avoid unnecessary maintenance and premium, and improve the rationality of production of high temperature equipment maintenance plan.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于安全工程
，具体涉及一种高温生产设备或部件缺陷的安全性评 价方法，尤其是鉴别高温环境下使用的生产设备或部件在发现缺陷后是否发生蠕变断裂 失效的方法，适用于高温生产设备的安全管理与控制。
技术介绍
压力容器、汽轮机、锅炉、蒸汽管道等运行在高温环境下的设备在服役和制造过程 中不可避免的会产生缺陷，蠕变变形和蠕变损伤是导致其失效的主要因素之一，因而如 何评价、鉴别这一类设备能否发生蠕变失效破坏，对保证安全生产具有重要意义。对于 常温环境下设备缺陷的安全性评价，目前己专利技术建立了多个方法可提供保证，包括COD 曲线法，应力强度因子法和J判据方法，以及更先进的双判据失效评定图法(R6方法)， 但这些方法均不能使用于高温蠕变断裂机制下的评定。目前针对高温设备蠕变失效的问题己发展了多种评定方法，如英国的R5和法国的 A16等，但这些方法均是建立在相对严格的高温断裂力学基础上，评定过程复杂、繁琐， 需要专业的断裂力学知识和力学计算。这种代价较高的评定方法对于需要绝对保证安全 的核设备来说是可行的，而且是必要的。但石油化工等过程工业中设备的安全性要求低 于核容器，其缺陷评定原则是"合乎使用"和"最薄弱环节"，并且这些设备大多由普通的工程技术人员检修维护，如果要求他们使用专业性很强的Cf参量或(Td方法来判定设备缺陷的安全性，有一定的难度，而且不现实。已有多个专利技术可用于解决设备安全性评定的问题，如专利CN1614294A "压力 容器疲劳寿命安全预测方法"提出了J积分的裂纹临界尺寸评价方法，但只能用于常温 下发生疲劳破坏的设备。专利CN1477383A "高温部件蠕变寿命的测试方法"提供了一 个考虑高温老化因素的蠕变寿命预测方法，但没有考虑预先裂纹存在的影响，因而不适 用于裂纹引起破坏的安全性评价。其它专利如CN101038248A "—种汽轮机高温部件蠕 变寿命的预测方法及系统"、CN86103018A"确定涡轮部件剩余有效寿命的方法"以及 CN1908974A "—种汽轮机高温耐用件日历寿命在线评定及预测方法"等均是针对运行 汽轮机部件的寿命及安全问题，基于损伤理论建立的预测方法，没有考虑蠕变断裂和裂 纹因素，因而不能处理工程上检测发现缺陷的评价。但实践中结构发生裂纹等缺陷不可 避免，简单停车维修和报废均会造成不必要的浪费，并直接导致设备可靠性降低的后果。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种高温生产设备或部件发现 缺陷后的简捷安全性评价方法。本专利技术的用于预测高温生产设备或部件发现缺陷后的蠕变断裂失效的安全性评价 方法，包括以下步骤一、 获得生产设备或部件的材料在特定温度下的蠕变应变一时间曲线，并基于蠕变 应变一时间曲线建立对应于特定时间的应力应变曲线，即等时应力应变曲线；二、 建立与时间相关的失效评定曲线图-首先通过自变量丄r获得不同的参考应力G"ref = ^a。T2 ，其中指等时应力应变曲线 上对应于0.2%非弹性应变的应力；然后在所建立的等时应力应变曲线上得到对应于参考应力(Tref的参考应变&f ，根据 以下公式建立与时间相关的失效评定图<formula>formula see original document page 5</formula>式中五为杨氏模量；Sref为对应于参考应力C^f =^^12时由等时应力应变曲线确定的总应变，其中O", 指等时应力应变曲线上对应于0.2%非弹性应变的应力；iV"ax通过ZT-^/《2确定，其中，C7fT指高温流变应力，可通过f = l/2(C70r2+CTr) 计算， 为材料的蠕变破断应力；三、通过式a; = k//^at计算确定反映部件发生断裂失效程度的参数尺r，其中夂"是材料的蠕变韧性，通过以下公式计算-<formula>formula see original document page 5</formula>式中A为试件的净厚度； 『为试件宽度；4为蠕变裂纹扩展量等于Aa时试验中测得的加载点位移； F为施加的载荷；;7为试样几何尺寸的校准因子，对于CT试样，；;=2 + 0.522(1-^是弹性应力强度因子；四、 通过式A :F/《("，cr2)计算用于确定反映构件发生极限载荷失效程度的参量丄r，式中尸^，(7\2)是结构的极限载荷，fl为裂纹尺寸；五、 将上述得到的参量(Kr,Lr)作为状态点放在失效评定图中进行比较的步骤，若 含缺陷结构的状态点落到失效评定曲线下方的安全区内，则可判定为当前设备不会发生 蠕变断裂失效；若结构的状态点落到失效评定曲线的上方，则表明不能排除发生蠕变失 效的可能性，需进一步维护和监控。本专利技术的高温生产设备缺陷的安全性评价方法所建立的失效评定曲线为时间的函 数，随着时间增长，失效评定图所定义的安全区域降低，能够合理反映高温蠕变机制的 影响，克服了弹塑性失效机制下评定方法的不足。与现有预测技术相比，本专利技术的高温生产设备缺陷的安全性评价方法不仅快速便 捷，而且，含缺陷结构的安全与否可通过比较状态点在失效评定图的位置直观获得，不 需要复杂的高温蠕变断裂分析，只需简单计算应力强度因子和极限载荷即可完成，从而 可以有效减少工作量以及对操作人员专业知识的要求。附图说明图l是由标准蠕变拉伸试验数据获得蠕变应变一时间曲线以及基于蠕变应变一时间曲线获得等时应力应变曲线的示意图。图2是根据本专利技术实施例确定的不锈钢在特定温度下的与时间相关的失效评定图。 图3是本专利技术实施例中试验获得蠕变韧性由允许裂纹扩展量确定允许加载线位移的歩骤。图4是本专利技术实施例中某反应器器壁上发现的裂纹缺陷简化后的形状示意图。 图5是本专利技术实施例中建立的与时间相关的失效评定图和状态评定点。具体实施例方式本专利技术提供了一种高温生产设备或部件发现缺陷后的安全性评价方法，以避免发生 蠕变断裂失效，具体包括以下步骤一、 获得生产设备或部件的材料在特定温度下的蠕变应变一时间曲线，进而按照图 l所示的方法，基于蠕变应变一时间曲线建立对应于特定时间的应力应变曲线，即等时 应力应变曲线；二、 建立与时间相关的失效评定曲线图首先通过自变量"获得不同的参考应力CTref = Z"。T2 ，其中0"2指等时应力应变曲线 上对应于0.2%非弹性应变的应力；然后在所建立的等时应力应变曲线上得到对应于参考应力CJref的参考应变Sref ，根据 以下公式建立与时间相关的失效评定图(图2):<formula>formula see original document page 7</formula>式中五为杨氏模量；^f为对应于参考应力CTref =^^2时由等时应力应变曲线确定的总应变，其中C7" 指等时应力应变曲线上对应于0.2%非弹性应变的应力；^隨通过丄r、^/《2确定，其中，^指高温流变应力，通过式5 = 1/2 + ) 计算，'CTr为材料的蠕变破断应力；三、通过式/;=尺/《i计算确定反映部件发生断裂失效程度的参数Kr，其中a:乙是材料的蠕变韧性，是服役时间的函数，通过以下公式计算<formula>formula see original doc本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温生产设备或部件缺陷的安全性评价方法，其特征在于包括以下步骤：一、获得生产设备或部件的材料在特定温度下的蠕变应变－时间曲线，并基于蠕变应变－时间曲线建立对应于特定时间的应力应变曲线，即等时应力应变曲线；二、建立与时间相 关的失效评定曲线图：首先通过自变量Ｌ↓［ｒ］获得不同的参考应力σ↓［ｒｅｆ］＝Ｌ↓［ｒ］σ↓［０．２］↑［Ｔ］，其中σ↓［０．２］↑［Ｔ］指等时应力应变曲线上对应于０．２％非弹性应变的应力；然后在所建立的等时应力应变曲线上得 到对应于参考应力σ↓［ｒｅｆ］的参考应变ε↓［ｒｅｆ］，根据以下公式建立与时间相关的失效评定图：ｆ（Ｌ↓［ｒ］）＝［Ｅε↓［ｒｅｆ］／Ｌ↓［ｒ］σ↓［０．２］↑［Ｔ］＋Ｌ↓［ｒ］↑［３］σ↓［０．２］↑［Ｔ］／２Ｅε↓［ｒｅｆ］］↑ ［－１／２］Ｌ↓［ｒ］≤Ｌ↓［ｒ］↑［ｍａｘ］ｆ（Ｌ↓［ｒ］）＝０，Ｌ↓［ｒ］＞Ｌ↓［ｒ］↑［ｍａｘ］式中：Ｅ为杨氏模量；ε↓［ｒｅｆ］为对应于参考应力σ↓［ｒｅｆ］＝Ｌ↓［ｒ］σ↓［０．２］↑［Ｔ］时由 等时应力应变曲线确定的总应变，其中σ↓［０．２］↑［Ｔ］指等时应力应变曲线上对应于０．２％非弹性应变的应力；Ｌ↓［ｒ］↑［ｍａｘ］通过Ｌ↓［ｒ］↑［ｍａｘ］＝σ↓［ｆ］↑［Ｔ］／σ↓［０．２］↑［Ｔ］确定，其中，σ↓［ｆ］↑［Ｔ］指 高温流变应力，可通过＊＝１／２（σ↓［０．２］↑［Ｔ］＋σ↓［ｒ］）计算，σ↓［ｒ］为材料的蠕变破断应力；三、通过式Ｋ↓［ｒ］＝Ｋ／Ｋ↓［ｍａｔ］↑［ｃ］计算确定反映部件发生断裂失效程度的参数Ｋｒ，其中Ｋ↓［ｍａｔ］↑［ｃ］是材料的 蠕变韧性，通过以下公式计算：Ｋ↓［ｍａｔ］↑［ｃ］＝［Ｋ↓［Ｉ］↑［２］＋ＥＦ△↓［ｃ］／Ｂ↓［ｎ］（Ｗ－ａ↓［ｏ］）（１－ｖ↑［２］）η］↑［１／２］式中：Ｂ↓［ｎ］为试件的净厚度；Ｗ为试件宽度；△ ↓［ｃ］为蠕变裂纹扩展量等于△ａ时试验中测得的加载点位移；Ｆ为施加的载荷；η为试样几何尺寸的校准因子，对于ＣＴ试样，η＝２＋０．５２２（１－ａ／Ｗ）；Ｋ↓［Ｉ］是弹性应力强度因子；四、通过式Ｌ↓［ｒ］＝Ｆ／Ｆ ↓［Ｌ］（ａ，σ↓［０．２］↑［Ｔ］）计算用于确定反映构件发生极限载荷失效程度的参量Ｌ↓［ｒ］，式中Ｆ↓［Ｌ］（ａ，σ↑［Ｔ］...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：轩福贞，涂善东，王正东，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]