什么是自增強處理系統

2016-04-05 0

增加容器壁厚在一定程度上可以提高容器的承載能力。但對于高壓、超高壓容器,隨著工作壓力的提高,無限增加壁厚,會使得容器壁上的應力分布更加不均勻。而且,當容器內的工作壓力大于0.58σs時,增加壁厚并不能避免內壁的屈服。另外,壁厚的增加無疑增加了材料的消耗和加工的困難。所以,提高高壓及超高壓容器彈性承載能力和立即有效的方法就是使器壁產生預應力。 

自增強就是在圓筒內壁施加很高的壓力,使內壁屈服,產生徑向擴大的殘余變形,然后卸除壓力。此時,由于外層材料的彈性收縮,使已經塑性變形的內層材料在彈性恢復后產生壓縮應力,獲得殘余壓應力的方法。厚壁圓筒在承受內壓載荷時內壁應力大于外壁應力。當內壁屈服時圓筒的外層還是有相當大的彈性承載能力。如果在工作之前先在內壁用液壓法或用機械型壓方法使內層材料先發生屈服產生殘余擴張變形成彈塑性狀,卸載后內層得到壓縮預應力,外層得到拉伸預應力。工作后重新受壓力載荷時內壁的應力將有所降低,而外壁應力有所增加,內外層應力的差值減小和應力分布的不均勻性得到改善,并且重新受壓后可使內壁屈服的壓力得以提高(圖4—13)。自增強不能提高厚壁圓筒的爆破壓力。由于內壁得到殘余壓應力,可提高內壁材料抗疲勞損傷的能力,有利于提高疲勞壽命。

自增強工藝過程一般是以外壁應變為控制變量,對應用于每一周向應變,即可預示圓筒塑性變形的程度,確定對應的彈塑性界面半徑。 
自增強容器的最大優點是施加工作內壓后,應力最大的內壁的應力降低,應力分布變得均勻,全部應力維持在彈性范圍內,彈性操作范圍擴大,彈性承載能力提高。 

自增強容器的另一個突出優點是,內壁存在壓縮殘余應力,操作時將使內壁平均應力降低,疲勞強度顯著提高。 

自增強技術已成為超高壓容器設計的一種重要的方法。 作為一種壓力處理技術,自增強也可用于一般壓力容器的制造。其目的是,由于彈性承載能力的提高,可以減薄器壁厚度,節約材料;或用強度較低的材料替代使用,降低產品生產成本。

2、 圖4—13 厚壁圓筒自增強效果

3、 (a)加載時的應力分布;(b)卸載后的殘余應力

σt—材料在設計溫度t時的許用應力;σz—軸向應力;σr—圓筒在r處的徑向應力;σθ—圓筒在r處的周向應力;Ri—圓筒的內半徑;R0—圓筒的外半徑,Rc—圓筒塑性區與彈性區的臨界半徑。