锅炉蛇形管摩擦焊接头残余寿命计算模型

锅炉蛇形管摩擦焊接头残余寿命计算模型

　通过对大量新制的15CrMo摩擦焊接头的高温内压爆破持久试验，证明了试验规范的正确性和各组合应力水平的失效机理的致性。在此规范的基础上，对已运行过132kh的12Cr1MoV摩擦焊接头，建立了带有可靠度指标的残余寿命数学模型，计算结果明摩擦焊接头，在设计寿命期内是完全可靠的，摩擦焊这种焊接工艺的质量是稳定可靠的。文中提出的试验方法和数学模型对高温承压部件的残余寿命的预测和确定那些超期服役管道或接头的更换时间方面具有实际意义。

　　言在电站锅炉的设计中，以金属材料100吐的持久强度值作为设计依据。要想了解焊接接头的高温持久强度性能和推测其残余寿命，在试验室中不可能进行这样长时间的高温试验。因此，人们都致力于短期加速寿命试验，分析试验所获得数据，采用数学方法外推持久强度或残余寿命。

　　1加速寿命试验规范i.i试验方法恒定应力加速寿命试验是众多加速试验方法中应用得最多理论也最成熟的种。概括地说，这种试验方法就是在高于有时根据需要可等于甚至低于正常应力水平的几个应力水平下，分别投入若干个试样进行寿命试验。由于本文研究的焊接接头是工作在高温高压的环境中，温度和压力对焊接接头括机械应力简称应力和温度应力简称温度。这就是说，本文所指持久强度试验是以应力和温度为双加速因子的加速寿命试验。

　　1.2加速寿命试验规范试验规范即在试验过程中应遵循的原则，像本收穑日期200022基金项目原机械工业部技术发展基金资助项目9050801文所做的大批量长时间的高温高压持久强度试验，制定套细致严密科学的试验规范是非常必要应力范围确定为保证外推的有效性，试验应力水平最低者，必须低于或等于预计的外推值或使用值。根据经验，把预计的承载寿命和温度结合起来，综合考虑后确定最高应力水平。

　　温度范围确定由文献2可知，对于锅炉用钢，最高温度高出使用温度约50，为宜。最低试验温度应略低于或等于最低使用温度。

　　应力分档方法根据外推公式中系数的个数。

　　应力以分45档为宜，因为应力和承载寿命间呈递幂率关系，所以当最低应力，1和最高应力巧确定后，其它档次的应力=2，3，左1应按，=1+，1左1来确定。

　　温度分档方法理由同上，以45档为宜，并考虑试验机的控温精度。因为温度与承载寿命间关系符合人如奶方程当最低和最高试验温度乃和7确定后，其它档次的温度乃=23应按了，1=，厂左1来确定。

　　试样的投入数因为同温度同应力下，该组试样但为了求出承载寿命，的对数标准差5，组试样不应少于4个。

　　试验结果的统计检验按般加速试验理论，为保证外推的有效可靠，其各应力水平的破坏机理要保持致。从数学上讲，各应力水平的承载寿命，如焊接学报果服从对数正态分布时，对数标准差要相同，才能保证破坏机理致。所以试验后要把温度及应力都相同的各组试验数据标准差求出，并进行比较，以检验失效机理是否相同。

　　2双因子加速试验加速系数的研究加速系数是用加速寿命试验方法研究产品可靠性问中个非常重要的指标，设在标准工作状态下的寿命为化，在某应力水平下的寿命为，则称化为该应力水平的加速系数。

　　由人1吐6册方程可知，当温度和应力都对寿命有影响时，其加速寿命方程13为确定的常数。假定正常工作状态下组合应力为在某组合应力乃吓进行加速寿命试验。根据式1可以得到总的加速系数为分别为以应力和温度单独加速时的加速系数，式2说明，如果以应力和温度同时作为加速变量时，其总过对15通，锅炉用管的摩擦焊接头的不同温度和不同应力的内压爆破持久强度加速试验数据1和文献45所提供的试验数据的计算，也证明了上述这点。

　　3带有可靠度指标的残余寿命预测31试验方案的制定本试验研究所用试件分为两种，种是由哈尔滨锅炉制造有限责任公司专为试验而制的新的15，通，令425心摩擦焊管接头；另种是取自大庆新华发电厂运行温度为540，管内介质压力为100大气压下，已运行了13214的121河。，42爪爪5爪爪过热器摩擦焊管接头。

　　对新的15河。管接头进行试验，其目的是为了验证试验规范的正确性和可行性，并对试验结果进行分析处理，来检验各不同组合应力水平下的失效机理是否致，试验方案及结果1.在以上试验无误的条件下，对经过实际运行的旧121河，试件进行试验，试验方案及结果2.上述试验都是在哈锅材料研究所的内压爆破试验机上进行的。5厘。试验方案及试验数据Table1Testingplaneandtesting两种材料的高温持久寿命服从对数正态分布。对3.2残余寿命预测模型的建立根据文献4 5的结论，15通，和12啁，1和2的试验数据，在不同的组合应力水平下，在对数正态概率纸上，可回归出不同的组合应力水平的分布直线。为说明问1只给出了应力水平5678的15擤，址植贾毕撸，贸口1证检验6也可得到相同的结论。根据加速寿命试验的基本条件，各不同应力水平下试件的失效机理应相同，因此在对数正态概率纸上的分布直线应该是大致相互平行的，即其标准差应大致相等。从1所做的分布直线也可看出这结轮。

　　对于本研究所采用的温度和应力双加速寿命试验，为了对试验结果有个更精确的描述，采用了极大似然函数法进行分布参数和试验常数的估计。在每个组合应力水平乃，5下进行试验，对于寿命分下的对数寿命均值278，6.至此就可以建立起布为两参数的对数正态分布时，其标准差，与应力水平无关，由式可知对数均值与温度和应力5之间应满足力7，5下，有，7个试件进行完全寿命试验，试件1；=2，2，用这些数据估计，50，可得到用复合函数形式的似然函数为1数，然后对，64求偏导数，并令各偏导数为零，即得5个超越方程，将1的数据代入，利用优化估计方法7可求得各参数的估计值。=33.7265=估计值代入式3中，求得各组合应力水平的均值心和相应的标准差，组合应力水平。1大分散比的方法来检验失效机理是否相同，由求得各标准差可知，小于文献学上又证明了各应力水平的失效机理相同的结论。

　　假定15碰，钢锅炉用管的正常运行温度为510，⒐苣诮橹恃沽ξ，00个大气压，按式，=1十3212可求出折算应力为36.26肘，决利用以上所求的各数据和式3求出正常运行工况带有可靠度指标的残余寿命预测模型，因为已知持久寿命服从对数正态分布，其可靠度函数为把15.碰，在正常运行工况下的均值标准差以及不同可靠度所对应的2值代入式6，可以得到新的15.喵，摩檫焊焊接接头的可靠寿命为以9 132kh的12Cr1MnV过热器管的摩擦焊接头试验数据进行计算各参数的估计值为=0.028作温度是540管内介质压力为个大气压，其折算应力仍为36.26肘，可求出正常运行工况下的对数均值为=15.435，利用式6计算出经过长时间氧化和磨损作用的121肘摩擦焊管接头的残余寿命为化。9= 4结论通过对15.碰打和121肘两种材料新旧两种摩擦焊管接头试件试验，以及对试验数据的分析处理，可得出如下结论本文所提出的加速寿命试验规范和温度应力双加速试验的方法是正确的，并且也是切实可行的。长时间的高温氧化和面磨损作用，对残余寿命的影响是明显的。所以，在上述对121肘已运行132吐的试件的折算应力计算中，应考虑氧化层与磨损对折算应力的影响，其残余寿命应比计算结果有所降低此课在进行过程中，对东北内蒙及华北地区的火力发电厂近30余台机组进行了现场调研，尚未发现在设计寿命期内在焊缝处出现破坏的摩擦焊管接头。综合上述试验及理论分析计算的结果，可以说摩擦焊焊接接头在设计寿命周期内是完全可靠的此方法的建立，对把可靠性理论推广到锅炉高温受压部件的持久强度外推和残余寿命预测方面，特别是在确定是否更换或什么时间更换那些已超期服役的锅炉管道的焊接接头和材料具有定的实际意焊接学报戴树森。可靠性试验及统计分析下。