鍋爐蛇形管摩擦焊接頭殘余壽命計算模型

　通過對大量新制的15CrMo摩擦焊接頭的高溫內壓爆破持久試驗，證明了試驗規范的正確性和各組合應力水平的失效機理的致性。在此規范的基礎上，對已運行過132kh的12Cr1MoV摩擦焊接頭，建立了帶有可靠度指標的殘余壽命數學模型，計算結果明摩擦焊接頭，在設計壽命期內是完全可靠的，摩擦焊這種焊接工藝的質量是穩定可靠的。文中提出的試驗方法和數學模型對高溫承壓部件的殘余壽命的預測和確定那些超期服役管道或接頭的更換時間方面具有實際意義。

　　言在電站鍋爐的設計中，以金屬材料100吐的持久強度值作為設計依據。要想了解焊接接頭的高溫持久強度性能和推測其殘余壽命，在試驗室中不可能進行這樣長時間的高溫試驗。因此，人們都致力于短期加速壽命試驗，分析試驗所獲得數據，采用數學方法外推持久強度或殘余壽命。

　　1加速壽命試驗規范i.i試驗方法恒定應力加速壽命試驗是眾多加速試驗方法中應用得最多理論也最成熟的種。概括地說，這種試驗方法就是在高于有時根據需要可等于甚至低于正常應力水平的幾個應力水平下，分別投入若干個試樣進行壽命試驗。由于本文研究的焊接接頭是工作在高溫高壓的環境中，溫度和壓力對焊接接頭括機械應力簡稱應力和溫度應力簡稱溫度。這就是說，本文所指持久強度試驗是以應力和溫度為雙加速因子的加速壽命試驗。

　　1.2加速壽命試驗規范試驗規范即在試驗過程中應遵循的原則，像本收穡日期200022基金項目原機械工業部技術發展基金資助項目9050801文所做的大批量長時間的高溫高壓持久強度試驗，制定套細致嚴密科學的試驗規范是非常必要應力范圍確定為保證外推的有效性，試驗應力水平最低者，必須低于或等于預計的外推值或使用值。根據經驗，把預計的承載壽命和溫度結合起來，綜合考慮后確定最高應力水平。

　　溫度范圍確定由文獻2可知，對于鍋爐用鋼，最高溫度高出使用溫度約50，為宜。最低試驗溫度應略低于或等于最低使用溫度。

　　應力分檔方法根據外推公式中系數的個數。

　　應力以分45檔為宜，因為應力和承載壽命間呈遞冪率關系，所以當最低應力，1和最高應力巧確定后，其它檔次的應力=2，3，左1應按，=1+，1左1來確定。

　　溫度分檔方法理由同上，以45檔為宜，并考慮試驗機的控溫精度。因為溫度與承載壽命間關系符合人如奶方程當最低和最高試驗溫度乃和7確定后，其它檔次的溫度乃=23應按了，1=，廠左1來確定。

　　試樣的投入數因為同溫度同應力下，該組試樣但為了求出承載壽命，的對數標準差5，組試樣不應少于4個。

　　試驗結果的統計檢驗按般加速試驗理論，為保證外推的有效可靠，其各應力水平的破壞機理要保持致。從數學上講，各應力水平的承載壽命，如焊接學報果服從對數正態分布時，對數標準差要相同，才能保證破壞機理致。所以試驗后要把溫度及應力都相同的各組試驗數據標準差求出，并進行比較，以檢驗失效機理是否相同。

　　2雙因子加速試驗加速系數的研究加速系數是用加速壽命試驗方法研究產品可靠性問中個非常重要的指標，設在標準工作狀態下的壽命為化，在某應力水平下的壽命為，則稱化為該應力水平的加速系數。

　　由人1吐6冊方程可知，當溫度和應力都對壽命有影響時，其加速壽命方程13為確定的常數。假定正常工作狀態下組合應力為在某組合應力乃嚇進行加速壽命試驗。根據式1可以得到總的加速系數為分別為以應力和溫度單獨加速時的加速系數，式2說明，如果以應力和溫度同時作為加速變量時，其總過對15通，鍋爐用管的摩擦焊接頭的不同溫度和不同應力的內壓爆破持久強度加速試驗數據1和文獻45所提供的試驗數據的計算，也證明了上述這點。

　　3帶有可靠度指標的殘余壽命預測31試驗方案的制定本試驗研究所用試件分為兩種，種是由哈爾濱鍋爐制造有限責任公司專為試驗而制的新的15，通，令425心摩擦焊管接頭；另種是取自大慶新華發電廠運行溫度為540，管內介質壓力為100大氣壓下，已運行了13214的121河。，42爪爪5爪爪過熱器摩擦焊管接頭。

　　對新的15河。管接頭進行試驗，其目的是為了驗證試驗規范的正確性和可行性，并對試驗結果進行分析處理，來檢驗各不同組合應力水平下的失效機理是否致，試驗方案及結果1.在以上試驗無誤的條件下，對經過實際運行的舊121河，試件進行試驗，試驗方案及結果2.上述試驗都是在哈鍋材料研究所的內壓爆破試驗機上進行的。5厘。試驗方案及試驗數據Table1Testingplaneandtesting兩種材料的高溫持久壽命服從對數正態分布。對3.2殘余壽命預測模型的建立根據文獻4 5的結論，15通，和12啁，1和2的試驗數據，在不同的組合應力水平下，在對數正態概率紙上，可回歸出不同的組合應力水平的分布直線。為說明問1只給出了應力水平5678的15擤，址植賈畢擼，貿口1證檢驗6也可得到相同的結論。根據加速壽命試驗的基本條件，各不同應力水平下試件的失效機理應相同，因此在對數正態概率紙上的分布直線應該是大致相互平行的，即其標準差應大致相等。從1所做的分布直線也可看出這結輪。

　　對于本研究所采用的溫度和應力雙加速壽命試驗，為了對試驗結果有個更精確的描述，采用了極大似然函數法進行分布參數和試驗常數的估計。在每個組合應力水平乃，5下進行試驗，對于壽命分下的對數壽命均值278，6.至此就可以建立起布為兩參數的對數正態分布時，其標準差，與應力水平無關，由式可知對數均值與溫度和應力5之間應滿足力7，5下，有，7個試件進行完全壽命試驗，試件1；=2，2，用這些數據估計，50，可得到用復合函數形式的似然函數為1數，然后對，64求偏導數，并令各偏導數為零，即得5個超越方程，將1的數據代入，利用優化估計方法7可求得各參數的估計值。=33.7265=估計值代入式3中，求得各組合應力水平的均值心和相應的標準差，組合應力水平。1大分散比的方法來檢驗失效機理是否相同，由求得各標準差可知，小于文獻學上又證明了各應力水平的失效機理相同的結論。

　　假定15碰，鋼鍋爐用管的正常運行溫度為510，⒐苣誚櫓恃沽ξ，00個大氣壓，按式，=1十3212可求出折算應力為36.26肘，決利用以上所求的各數據和式3求出正常運行工況帶有可靠度指標的殘余壽命預測模型，因為已知持久壽命服從對數正態分布，其可靠度函數為把15.碰，在正常運行工況下的均值標準差以及不同可靠度所對應的2值代入式6，可以得到新的15.喵，摩檫焊焊接接頭的可靠壽命為以9 132kh的12Cr1MnV過熱器管的摩擦焊接頭試驗數據進行計算各參數的估計值為=0.028作溫度是540管內介質壓力為個大氣壓，其折算應力仍為36.26肘，可求出正常運行工況下的對數均值為=15.435，利用式6計算出經過長時間氧化和磨損作用的121肘摩擦焊管接頭的殘余壽命為化。9= 4結論通過對15.碰打和121肘兩種材料新舊兩種摩擦焊管接頭試件試驗，以及對試驗數據的分析處理，可得出如下結論本文所提出的加速壽命試驗規范和溫度應力雙加速試驗的方法是正確的，并且也是切實可行的。長時間的高溫氧化和面磨損作用，對殘余壽命的影響是明顯的。所以，在上述對121肘已運行132吐的試件的折算應力計算中，應考慮氧化層與磨損對折算應力的影響，其殘余壽命應比計算結果有所降低此課在進行過程中，對東北內蒙及華北地區的火力發電廠近30余臺機組進行了現場調研，尚未發現在設計壽命期內在焊縫處出現破壞的摩擦焊管接頭。綜合上述試驗及理論分析計算的結果，可以說摩擦焊焊接接頭在設計壽命周期內是完全可靠的此方法的建立，對把可靠性理論推廣到鍋爐高溫受壓部件的持久強度外推和殘余壽命預測方面，特別是在確定是否更換或什么時間更換那些已超期服役的鍋爐管道的焊接接頭和材料具有定的實際意焊接學報戴樹森。可靠性試驗及統計分析下。