波紋管補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。一般認為，當(dāng)合金的工作溫度與合金熔點的比值大于0.5時，這時認為構(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)載荷就往往會導(dǎo)致蠕變—疲勞斷裂，這種破壞行為是一個與時間有關(guān)的變形機制。在這種機制下，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重要特征，它是由晶間生長和互連形成的。

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

　　ASME B31.3規(guī)范、ASME BPVCⅧ—1和EJMA標(biāo)準三者都未給出處于材料蠕變溫度范圍內(nèi)的波紋管補償器設(shè)計。

　　為了研究金屬波紋管補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行的波紋管壽命的預(yù)測方法，同時為波紋管分析設(shè)計提供數(shù)據(jù)，S.yamamoto對名義內(nèi)徑為φ300mm和φ1100mm的兩種波紋管進行了高溫下的疲勞和蠕變—疲勞試驗。試驗結(jié)果表明，試驗中的波紋管補償器不存在尺寸效應(yīng)，同時由于保持時間效應(yīng)引起波紋管疲勞壽命的明顯降低，因此在設(shè)計規(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償器上測得的應(yīng)變，按八面體剪切理論導(dǎo)出當(dāng)量應(yīng)變來估算疲勞強度。通過對316不銹鋼制成的波紋管補償器進行高溫疲勞試驗后斷裂表面的觀測，計算了波紋管補償器疲勞裂紋增長速率。

　　K.Kobatake通過在900℃下反復(fù)壓縮試驗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，對其中一種載荷模式下的試驗數(shù)據(jù)進行整理塑性應(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。