专利名称：含裂纹类缺陷承压设备的安全评定方法
技术领域：
本发明涉及一种安全评定方法，特别是涉及一种含裂纹类缺陷的承压设备，如压 力容器、压力管道等的安全评定方法。
背景技术：
承压设备是压力容器、压力管道、承压附件、压力锅炉等以流体压力为基本载荷的 设备总称。广泛应用于石油、化工、食品、制药、航空航天、能源等领域。由于这些承压设备 的服役条件千差万别，有高温、低温、深冷；有超高压、高压、中压、低压和真空等；有强酸、 强碱、剧毒、易燃和易爆等介质，实际生产中的设备不可避免的存在着不同程度的缺陷。因 而设备一旦发生泄漏或爆炸事故，将产生严重的破坏，不仅造成经济损失，而且会造成严重 的环境污染。在众多设备事故中，由裂纹类缺陷导致的事故占比最大，因此裂纹类缺陷是一 类�：π宰畲蟮娜毕�。然而，如果管理者为了“安全保守”而一味将含此类缺陷的设备进行 返修或报废，就会造成巨大的资源浪费。实践证明，并非所有超标缺陷都会导致设备失效， 重要的是对缺陷加以区别，进行必要的分析评定，消除那些带有潜在危险的缺陷，而对安全 没有威胁的缺陷则予以保留，达到既保证安全，又减少经济损失的目的。这就需要我们对裂 纹类缺陷进行安全评定。目前国际上普遍采用失效评定图(FAD)技术进行承压设备的安全性评价。失效评 定图法起源于英国原中央电力局的双判据失效评定图，该方法同时考虑了弹塑性断裂失效 和塑性极限两个失效准则，是兼顾安全可靠性和适用性的评定方法。经过多年的发展，该方 法已发展为以J积分方法为基础的FAD法，如R6第四版，但是其存在两方面的不足一、工 程常用的选择1(通用)和选择2 (材料相关)的FAD忽略了缺陷尺寸的影响，降低评定精 度，甚至在某些条件下出现非保守的现象；二、对于更高精度的选择3FAD，由于其建立在专 业软件的复杂J积分计算基础上，实现的成本高，而且通常设备由普通的工程技术人员来 检修，运用专业软件进行计算难度太大，不易实现。针对上述两大不足本发明提供了一种简 便易行且精度较高的安全评定方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服选择1和选择2FAD技术忽略了缺陷尺寸的 影响，评定精度偏低，且选择3复杂、不易实现的问题，提供了一种简便易行且精度较高的 含裂纹类缺陷承压设备的安全评定方法。本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的一种含裂纹类缺陷承压设备 的安全评定方法，其特点在于，其包括以下步骤S1、采用无损检测来确定承压设备中裂纹类缺陷的位置、形状和尺寸，并对设备材 料进行标准拉伸实验；S2、针对所述承压设备的确定缺陷尺寸，获取不同η值对应的Ill值，计算InQll/ Mn = 1))，其中，η为材料硬化指数，Ii1为全塑性解系数，Mn = 1)为η= 1时的Ii1值，In表示取底数为e的对数；S3、绘制InOi1A1 (η = 1))与η之间的关系曲线，并且将所述关系曲线拟合成线性 关系，将斜率记为B，根据式1计算缺陷尺寸影响因子Φ，式1 Φ = exp (-B)，其中，exp表示以自然对数e为底指数的指数函数；S4、建立待评定承压设备材料的失效评定曲线，并计算截断点位置；S5、通过式2和式3分别确定承压设备发生的塑性破坏的程度和断裂失效程度，将 评定参数(L' r, K' r)作为评定点描绘到评定图中判断含裂纹类缺陷承压设备的安全状 态，
_3]式 2:4'， K1式
权利要求
一种含裂纹类缺陷承压设备的安全评定方法，其特征在于，其包括以下步骤S1、采用无损检测来确定承压设备中裂纹类缺陷的位置、形状和尺寸，并对设备材料进行标准拉伸实验；S2、针对所述承压设备的确定缺陷尺寸，获取不同n值对应的h1值，计算ln(h1/h1(n＝1))，其中，n为材料硬化指数，h1为全塑性解系数，h1(n＝1)为n＝1时的h1值，ln表示取底数为e的对数；S3、绘制ln(h1/h1(n＝1))与n之间的关系曲线，并且将所述关系曲线拟合成线性关系，将斜率记为B，根据式1计算缺陷尺寸影响因子φ，式1φ＝exp( B)，其中，exp表示以自然对数e为底指数的指数函数；S4、建立待评定承压设备材料的失效评定曲线，并计算截断点位置；S5、通过式2和式3分别确定承压设备发生塑性破坏的程度L′r和断裂失效的程度K′r，将评定参数(L′r，K′r)作为评定点描绘到评定图中判断含裂纹类缺陷承压设备的安全状态，式2 <mrow><msubsup> <mi>L</mi> <mi>r</mi> <mo>′</mo></msubsup><mo>=</mo><mfrac> <mi>p</mi> <mrow><msub> <mi>p</mi> <mi>L</mi></msub><mi>φ</mi> </mrow></mfrac><mo>,</mo> </mrow>式3 <mrow><msubsup> <mi>K</mi> <mi>r</mi> <mo>′</mo></msubsup><mo>=</mo><mfrac> <msub><mi>K</mi><mn>1</mn> </msub> <msub><mi>K</mi><mi>mat</mi> </msub></mfrac><mo>;</mo> </mrow>其中，L′r表示设备发生塑性破坏的程度，K′r表示设备发生断裂失效的程度，p为承压设备实际承受载荷，pL为设备的极限载荷，K1为应力强度因子，Kmat为材料的断裂韧性。
2.如权利要求1所述的含裂纹类缺陷承压设备的安全评定方法，其特征在于，步骤S1 中所述的无损检测可采用超声检测、射线检测，所述裂纹类缺陷可为裂纹、未熔合缺陷，所 述的尺寸包括缺陷的深度a和长度1，所述标准拉伸试验可获得设备材料在工作温度下的 真应力应变曲线、屈服强度Qy、抗拉强度Ob及杨氏模量E。
3.如权利要求1所述的含裂纹类缺陷承压设备的安全评定方法，其特征在于，步骤S4 采用origin软件作图。
4.如权利要求3所述的含裂纹类缺陷承压设备的安全评定方法，其特征在于，步骤S4 还包括以下步骤(541、输入由所述标准拉伸试验得到的设备材料的真应力、真应变，作为origin作图软 件中的A、B两列，分别记为σ 列和ε ref*列，其中，σ 为参考应力，ε ref*为参考应 变；(542、添加C列，记为Lj列，设Lj列为横坐标，设置Lj列值如式4，S43、添加D列，记该列为&，设&列为纵坐标，设置&列值如式5，_ τ*2 * T^ * Π一0.5Laf Ee f式+；I2e^ ref _其中，E为杨氏模量，Lj为失效评定曲线横坐标，表示内压载荷与极限内压载荷的比值；&列为失效评定曲线纵坐标，表示弹性分量Je与J积分比值的平方根； S44、取Lj列与&列绘制评定曲线。
5.如权利要求1所述的含裂纹类缺陷承压设备的安全评定方法，其特征在于，步骤S4 中所述截断点位置根据式6进行计算，并将其绘制在评定图中，
6.如权利要求1所述的含裂纹类缺陷承压设备的安全评定方法，其特征在于，在步骤 S5之后还包括以下步骤若该评定点落到曲线与截断点包围的面积内，则可判定所评定承 压设备缺陷不会起裂，允许继续运行；若评定点落在失效评定曲线上方，则不能排除设备发 生断裂的可能性，需要进一步的评定或维修。
7.如权利要求1-6任意一项所述的含裂纹类缺陷承压设备的安全评定方法，其特征在 于，所述曲线图可采用origin软件、excel软件或手绘进行绘制。
全文摘要
本发明公开了一种含裂纹类缺陷承压设备的安全评定方法，其包括以下步骤S1、进行无损检测及标准拉伸实验；S2、获取不同材料硬化指数n对应的全塑性解系数h1，计算ln(h1/h1(n＝1))，其中，h1(n＝1)为n＝1时的h1值；S3、绘制ln(h1/h1(n＝1))与n之间的关系曲线，将其拟合成线性关系，斜率记为B，根据公式φ＝exp(-B)计算缺陷尺寸影响因子φ，其中，exp表示以自然对数e为底指数的指数函数；S4、建立失效评定曲线，计算截断点位置；S5、确定承压设备发生塑性破坏的程度L′r和断裂失效程度K′r，判断含裂纹类缺陷承压设备的安全状态。本发明包含了缺陷尺寸因子φ对安全性的影响，评定更加准确；由于φ未受材料参数n的限制，因而本发明可简单易行地用于任意材料的计算。
文档编号G01N3/08GK101975695SQ20101050753
公开日2011年2月16日 申请日期2010年10月15日 优先权日2010年10月15日
发明者刘长军, 张静, 惠虎, 李培宁, 王国珍, 谈建平, 轩福贞 申请人:华东理工大学
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