波紋管補(bǔ)償器的高溫疲勞壽命研究

　　在高溫環(huán)境中，構(gòu)件的疲勞規(guī)律比較復(fù)雜，常溫環(huán)境下得出的疲勞規(guī)律不能直接應(yīng)用于高溫下的情況，壽命估算的問題也大有不同。一般認(rèn)為，當(dāng)合金的工作溫度與合金熔點(diǎn)的比值大于0.5時(shí)，這時(shí)認(rèn)為構(gòu)件處于高溫工作狀態(tài)，構(gòu)件的蠕變現(xiàn)象就不可忽略。所以高溫疲勞研究的是疲勞和蠕變共同作用下的材料力學(xué)行為。在高溫下的循環(huán)載荷就往往會(huì)導(dǎo)致蠕變—疲勞斷裂，這種破壞行為是一個(gè)與時(shí)間有關(guān)的變形機(jī)制。在這種機(jī)制下，構(gòu)件的斷裂形式由穿晶斷裂（常溫低周疲勞的特征）變成了沿晶斷裂。沿晶斷裂是蠕變斷裂的一個(gè)重要特征，它是由晶間生長和互連形成的。

　　當(dāng)波紋管補(bǔ)償器的實(shí)際工作溫度高于材料的蠕變溫度時(shí)，波紋管補(bǔ)償器將受到蠕變與疲勞的相互作用，疲勞壽命明顯降低，而且與載荷作用時(shí)間有關(guān)。

　　ASME B31.3規(guī)范、ASME BPVCⅧ—1和EJMA標(biāo)準(zhǔn)三者都未給出處于材料蠕變溫度范圍內(nèi)的波紋管補(bǔ)償器設(shè)計(jì)。

　　為了研究金屬波紋管補(bǔ)償器的疲勞壽命和蠕變—疲勞的相互影響，以及尋求一種高溫運(yùn)行的波紋管壽命的預(yù)測(cè)方法，同時(shí)為波紋管分析設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)，S.yamamoto對(duì)名義內(nèi)徑為φ300mm和φ1100mm的兩種波紋管進(jìn)行了高溫下的疲勞和蠕變—疲勞試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，試驗(yàn)中的波紋管補(bǔ)償器不存在尺寸效應(yīng)，同時(shí)由于保持時(shí)間效應(yīng)引起波紋管疲勞壽命的明顯降低，因此在設(shè)計(jì)規(guī)定中考慮蠕變—疲勞的相互影響。

　　H.Abe等通過在雙層波紋管補(bǔ)償器上測(cè)得的應(yīng)變，按八面體剪切理論導(dǎo)出當(dāng)量應(yīng)變來估算疲勞強(qiáng)度。通過對(duì)316不銹鋼制成的波紋管補(bǔ)償器進(jìn)行高溫疲勞試驗(yàn)后斷裂表面的觀測(cè)，計(jì)算了波紋管補(bǔ)償器疲勞裂紋增長速率。

　　K.Kobatake通過在900℃下反復(fù)壓縮試驗(yàn)和非彈性有限元分析研究了用鎳基超耐熱不銹鋼材料制成的固溶態(tài)U形波紋管在三種載荷模式下的高溫疲勞壽命，對(duì)其中一種載荷模式下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理塑性應(yīng)變范圍與破壞循環(huán)次數(shù)的關(guān)系，分析所得，高溫條件下的疲勞壽命要比常溫條件下低得多。