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金属波纹管的疲劳机理介绍

文章出处:责任编辑:河北华洁人气:829发表时间:2017-09-07 15:51:40
 

  金属波纹管是一种表面呈波纹状的薄壁元件,一般由奥氏体不锈钢、高镍合金制造,是航空、航天、石油化工、船舶、核工程及各种仪器仪表、调节附件中重要的弹性元件。金属波纹管的疲劳失效会给整个系统带来严重危害。因此,保证波纹管的使用寿命具有重要意义。
  疲劳是材料或构件在低于其静强度极限的交变载荷作用下,某些局部或大范围区域首先进入屈服状态,在局部地区出现高度的塑性变形(通常在材料或构件表面),萌生多种类型的内部缺陷,如位错、滑移、孔洞等等,形成一定的应力集中,这种局部的反复的塑性变形,经一定的时间后导致微裂纹的产生,微裂纹长大、合并,形成一条或几条主裂纹,主裂纹逐渐扩展并最终产生断裂。
  在实际运行过程中,尤其是开停车及变工况工作时,金属波纹管波峰或波谷附近局部区域内的应力超过材料的屈服强度而产生大范围的塑性变形,当塑性变形累积到一定的程度,金属波纹管局部区域产生微裂纹,微裂纹长大、合并,形成一条或几条主裂纹,金属波纹管就有可能会出现低周疲劳断裂失效。在工程上,金属波纹管的低周疲劳断裂失效大多是由这种原因造成的。
  自从1956年,Becht对U形波纹管进行了研究,疲劳寿命作为金属波纹管设计的一个重要指标,从事波纹管设计的工作者对金属波纹管的疲劳寿命进行了大量的研究工作。当金属波纹管的实际工作温度低于材料的蠕变温度时,通常不考虑温度对疲劳寿命的影响。
  Becht(1989)介绍了EJMA标准、ASME B31.3和《ASME锅炉及压力容器规范》Ⅷ篇第一分篇附录BB以及第二分篇中金属波纹管疲劳曲线的数据来源及适用范围。