p92钢焊缝蠕变―疲劳损伤的安全评定方法研究

'P92钢焊缝蠕变一疲劳损伤的安全评定方法研究摘要：本文以P92钢为研究对象，在610°C下进行应力控制的蠕变一疲劳损伤裂纹扩展试验，从而获得了蠕变-疲劳裂纹扩展速率，同时，结合P92钢焊缝蠕变与拉伸试验，构建了P92钢焊缝与TDFAD失效评定曲线，通过这些实验最终得出P92蠕变-疲劳损伤下裂纹扩展?验断裂机制是由蠕变控制的，且扩展速率与高温断裂参量C*的关联曲线具有一定关系，希望通过本文的研究能够为P92钢在工业当中的安全运用提供参考依据。关键词：P92钢焊缝；蠕变一疲劳损伤；裂纹扩展；高温断裂参量中图分类号：TG407文献标识码：A文章编号:1671-2064(2017)07-0061-02在当前能源与环境的双重压力下，发展高效、节能、大容量、洁净环保、可靠性高的火力发电技术，不仅能够满足国民经济快速发展对电力的迫切需要，而且能够应对来自环境保护方面的日益严峻的要求和挑战。并且随着大型装置的服役温度和压力的提高，对设备装置运行时的安全可靠性提出了更高的要求。 在高温下，金属结构蠕变和疲劳断裂成为主要的失效形式，因此研宄裂纹尖端应力场的断裂参量，能够准确控制断裂时间，避免生产事故的发生。1蠕变-疲劳损伤裂纹扩展试验1.1初始裂纹长度aO修正根据GB/T21143-2007《金属材料准静态断裂韧度的统一试验方法》，测量初始裂纹长度时，应该测量到疲劳裂纹的尖端，修正后的裂纹初始长度如下表1所示，其中AK表示应力强度因子：1.2裂纹长度测量与裂纹扩展速率确定用直流电位法测量蠕变裂纹扩展量，得到裂纹扩展量与时间的关系曲线，其无量纲表达式为：(1)式中：a是裂纹长度；aO是初始裂纹长度；U0是所对应aO时刻所测量的电位势；y是试样中心线上两侧点之间距离的一半长；W是试样宽度一半的长度。经过简单的计算之后，裂纹的扩展。裂纹扩展的计算是在a-N曲线上，按公式计算可得平均裂纹长度。1.3裂纹扩展试验结果 由图1和图2可知，当AK=16MPa.ml/2时，同样以裂纹扩展0.2mm作为P92钢焊缝的蠕变-疲劳损伤裂纹起裂，15h后进入裂纹稳定扩展阶段，65h以后进入蠕变裂纹快速扩展阶段，直至试样断裂。当△K=14MPa.ml/2时，以裂纹扩展0.2mm作为P92钢焊缝的蠕变-疲劳损伤裂纹起裂，40h后进入裂纹稳定扩展阶段，270h后进入裂纹快速扩展阶段，直至试样断裂。2蠕变-疲劳裂纹扩展速率与高温断裂参量笔者通过相关文献得知，通过对试样断口进行SEM观测，对试样断口进行分析，可以判断试样在蠕变-疲劳损伤下的损伤与断裂机制。由相关数据研究得知，蠕变-疲劳损伤下裂纹扩展为蠕变控制为主的断裂行为。故可以采用高温断裂力学参量C*进行表征。(2)其中：n是材料的蠕变系数，是加载位移速率的蠕变分量。根据以上裂纹扩展速率和高温断裂参量C*的计算方法，可以获得蠕变-疲劳损伤下裂纹扩展速率与高温断裂参量的关联曲线，如下图3、图4。3P92钢焊缝蠕变条件下TDFAD的构建目前与时间相关失效评定图(TDFAD)方法主要是用于蠕变主控条件下的裂纹起裂评定，本试验中的 失效评定曲线去下图5所示，随着时间的增加，失效评定曲线有下降的趋势，并且曲线形状也发生变化。由此表明，P92高温蠕变现象对结构安全评定有明显的影响。因此，对含裂纹P92结构进行安全评定时，选择考虑蠕变影响的TDFAD才能得到更安全的结果。4结语(1)采用直流电位法对P92钢焊缝610°C高温下进行蠕变-疲劳损伤下裂纹扩展测试，蠕变裂纹扩展主要特征可划分为二个阶段：孕育阶段：在此阶段内裂纹几乎不扩展或扩展甚小；扩展阶段：此时随时间增长裂纹逐渐扩展，继续增加时间，则裂纹快速增长直至试样完全断裂。(2)通过对试样断口分析，断口处并未发现疲劳辉纹，也未见由于疲劳作用导致蠕变孔洞相连形成的二次裂纹迹象，均为典型的蠕变韧窝状断口，该蠕变-疲劳裂纹扩展试验均是以蠕变控制为主的断裂行为。(3)采用高温断裂力学参量C*对P92钢焊缝在610°C高温下的断裂行为进行表征。所有的da/dt与C*的关系曲线中均出现了一个反向“勾”状阶段，该阶段对应着蠕变裂纹扩展的孕育期，此时裂纹扩展速率的值均小于稳定蠕变扩展阶段的。 (1)采用修正R6中Option2的方法，构建了P92钢焊缝高温下的TDFAD失效评定图，P92高温蠕变现象对结构安全评定有明显的影响。对含裂纹P92结构进行安全评定时，选择考虑懦变影响的TDFAD才能得到更安全的结果。'