复合机械自紧技术研究

    1　引言

    压力容器和管道自紧是通过一定的工艺手段在产品加工的过程中对其内壁预加载荷,使容器壁达到一定的塑性变形引起有益的预应力(残余应力),这个残余应力能部分地抵消压力容器和管道在服役下的工作应力,并延迟内壁表面疲劳裂纹的扩展,从而提高压力容器和管道弹性强度和疲劳寿命。

    根据自紧过程所采用的方法不同,通常分为液压自紧、机械自紧和爆炸自紧三种。目前广泛应用的自紧方法主要有液压自紧和机械自紧两种。由于在自紧过程中Bauschinger效应的存在,严重的降低了自紧产品的工作强度。为了消除Bauschinger效应的影响,先后进行了很多的研究和试验,其中最为有效的技术是高效液压自紧技术。它可完全消除Bauschinger效应,极大地提高了自紧产品的工作强度。本文是在充分研究了液压自紧、机械自紧和高效液压自紧技术的基础上,提出了复合机械自紧技术。它保留了机械自紧技术操作简便,安全可靠,生产效率高的特点和优点,又可有效地消除Bauschinger效应,提高自紧产品的工作强度。

　　2　复合机械自紧技术工艺简介

    复合机械自紧技术研究主要包括三个方面:工艺方法的研究、自紧理论的研究和自紧设备研究开发。本文主要对前两个问题进行研究。复合机械自紧技术即是机械自紧加上高温时效处理,即是利用液体压力直接作用在机械自紧的冲头上,在冲头还没有完全冲出身管和管道容器时部分卸压,但保证容器内壁还没发生反向屈服时,进行高温时效处理,之后再把压力卸载到零,完成整个复合机械自紧过程。由此可见复合机械自紧技术具有机械自紧全部特点和优点,自紧过程是位移加载过程,又具有高效液压自紧的功效,可消除自紧产品的Bauschinger效应,提高自紧产品的工作强度。

　　3　复合机械自紧技术的力学基础

    复合机械自紧技术与一般的机械自紧技术的加载过程是一样的,也是利用双锥柱形冲头位移加载,在冲头移动加载的过程中,卸载不是一下卸载到零,而是要承受一个液体内压Pa,保证自紧管内壁在高温时效前不发生反向屈服,关于冲头加载可参考机械自紧技术中的研究成果。利用双线性混合硬化材料模型的机械自紧理论[1],其加载应力为:

弹性区(ρ≤R≤b)

    经过时效后由于没有反向屈服发生,卸载为弹性,因而最终的残余应力为弹性区(ρ≤R≤b)

式中　m、h———分别为材料加载段的硬化指数和冲头柱面长度;

　　　δ、α———分别是自紧胀大量和冲头锥面角;