(1)溫度波動導致交變的應(yīng)力應(yīng)變
由于溫度的變化引起不銹鋼法蘭自由膨脹或收縮受到約束,結(jié)果在不銹鋼法蘭內(nèi)部變形受阻而產(chǎn)生熱應(yīng)力,當溫度反復變化時這種熱應(yīng)力及熱應(yīng)變也反復變化,因而使材料受到損傷。結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生熱應(yīng)力或熱應(yīng)變的原因是多種多樣的,但大體上可分為如下幾種:(i)結(jié)構(gòu)中某元件內(nèi)的溫度梯度,(ii)結(jié)構(gòu)中各元件間的溫差,(iii)熱膨脹系數(shù)不同的法蘭的組合等等。屬于第(i)種情況的,有焊接材料;傳熱的結(jié)構(gòu)元件。屬于第((ii)中情況的,有各種管道中的熱膨脹接頭等。屬于第((iii)種情況的,鐵素體鋼和奧氏體鋼的焊接構(gòu)件等是最典型的例子。
熱疲勞既然起源于不銹鋼法蘭內(nèi)部為抵消物體熱膨脹和收縮之差而產(chǎn)生的循環(huán)熱應(yīng)變,所以,材料的韌性(延性)與熱應(yīng)力強度性質(zhì)密切相關(guān)。不銹鋼法蘭處的結(jié)構(gòu)示意圖見圖3.2.在閘閥出口不銹鋼法蘭高頸處的壁厚(18mm)比管道的壁厚(8mm)大,在連接處存在結(jié)構(gòu)不連續(xù)導致的二次應(yīng)力。在溫度反復上升和下降過程中,管道沿徑向發(fā)生膨脹和收縮,由于連接處壁厚不同,兩處的變形量不同,變形上受到約束而產(chǎn)生周向和軸向熱應(yīng)力,當溫度變化時這種周向應(yīng)力也反復變化,出現(xiàn)拉應(yīng)力和壓應(yīng)力交替變化而造成材料疲勞損傷。這種熱應(yīng)力是多方向的,既有周向的也有軸向的,因此熱疲勞裂紋往往是多方向開裂,從而形成龜裂的裂紋。
熱應(yīng)力主要在連接處最大,因而在靠近連接處產(chǎn)生。與不銹鋼法蘭連接的8mm厚的管道處由于外保溫作用而沿壁厚的溫度波動小,出現(xiàn)這種交變的熱應(yīng)力較小,因而裂紋主要在連接處的不銹鋼法蘭高頸處產(chǎn)生。
溫度變化主要來源于工作中煙氣溫度的波動及熱沖擊,環(huán)境(大氣)溫度的季節(jié)變化,氣候的影響(如冬天、風及雨),日夜溫差的交變等也是重要的溫差交變因素。另外不銹鋼法蘭部位的外保溫一般都不太嚴格,容易受環(huán)境的影響.