關于自增強處理的4種方法及其特點介紹

2017-11-29 0

在學習自增強處理方法之前,有必要先給個別小白科普一下,什么是自增強處理?

自增強處理是一種通過超工作壓力處理,由筒體自身外層材料的彈性收縮引起的殘余應力,使工作時應力分布趨于均勻,提高屈服承載能力的措施。通俗點說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,獲得殘余壓應力的一種方法。

根據獲得徑向力途徑的不同,目前應用于生產的自增強處理方法可分為機械式擠壓法、直接靜壓法、爆炸脹壓法和固體自增強法這4種,下面就大家來簡單了解一下這4種方法的原理及各自特點:

一、機械式擠壓法

機械式擠壓法基本原理:機械式擠壓法是利用滑動的有過盈的錐形心軸通過圓筒內壁,使內壁受到擠壓而產生塑性變形及殘余應力,從而達到自增強的目的。

機械式擠壓的方法。在機械式擠壓法中,目前用于推動心軸在圓筒內滑動的方法有以下3種:

1、用沖頭和水壓機把心軸壓入(間接液壓) ;

2、把液壓引到心軸背面,推動心軸(直接液壓) ;

3、用機械拉動心軸,稱機械拉牽法。

機械式擠壓法的特點:

機械式擠壓法主要應用于開式圓筒(管子) ,比較經濟,不需要外部限定模具,相應的密封也較容易。且只受心軸材料的壓縮強度所限制而不受圓筒強度約束,因此能達到1500~ 2000MPa的殘余應力。在一定的徑比下,機械式擠壓法和靜液壓法所需的壓力取決于內徑擴脹量。對于一定屈服強度的材料,機械式擠壓法所需的壓力比靜液壓法低得多。機械式擠壓法獲得的周向殘余應力避靜液壓法大。從理論上分析,前者周向殘余應力比后者小,而實際上,后者比前者大。這種差異是由于靜液壓法自增強產生的殘余應力,由于B ausch inger效應的影響而降低,而擠壓法自增強則是三向變形組合,導致內壁產生較小的反向屈服,所以得到較大的殘余應力。

另外,由于機械式擠壓法與靜液壓法超應變時引起的應力狀態有差異,因而還產生殘余應力的某些差別。一般,開式圓筒靜液壓自增強和爆炸法自增強沒有縱向殘余應力存在(即使有也可忽略) ,但機械式擠壓法自增強時,由于心軸和內壁面之間的摩擦力加上接觸面上法向應力的軸向分量綜合產生對圓筒內壁軸向的剪應力較大,隨著軸向應力的增加,周向應力將減少。因此,當經過機械式擠壓法自增強處理的開式圓筒(管子)再作液壓屈服試驗時,再屈服壓力必然衰減,也即彈性強度降低。對于每一種徑比來說,隨著超應變的增加,自增強圓筒的再屈服壓力達到一個最大值,然后稍有減少。這一最大值對應的超應變量比靜液壓法自增強的超應變量小得多。也即機械式擠壓法自增強存在一個最佳超應變量,此時,圓筒的彈性強度極限可同100%超應變的靜液壓法自增強相當。

二、直接靜液壓法

直接靜液壓法的基本原理:直接靜液壓法是利用液體壓力直接作用于圓筒內壁,使之塑性變形后產生超應變,然后卸除壓力獲得殘余應力,以提高彈性強度極限和疲勞壽命。這是最早使用的方法,也是最常用的方法,廣泛用于自緊各種大、中口徑的炮管以及高壓超高壓容器和管道。

直接靜液壓法的特點:

直接靜液壓法與容器的液壓試驗過程基本相同,其優點是操作簡單,機動靈活,不需要特殊的壓力元件,而且能使壁面獲得均勻的塑性變形,尤其適用于閉式容器的自增強處理。對于開式圓筒(如炮筒、管道、壓縮機氣缸等),可采用端部密封裝置。直接靜液壓法自增需要超高壓力源、超高壓泵及超高壓管道和管道附件,這就需要解決超高壓的密封問題,常受到適用上的限制。

三、爆炸脹壓法

爆炸脹壓法是利用高能源的炸藥,在極短的時間內( 10*10- 6~ 12*10- 6s)產生高壓,圓筒或管子在高壓氣體和沖擊波的作用下迅速產生塑性變形。內壁塑性變形量是炸藥強度(即單位長度上炸藥的重量)的函數,只要控制適當的用藥量,使爆炸產生的壓力符合一定的超應變需要的壓力,便可使圓筒或管子達到一定塑性變形的目的。采用這種方法需要考慮端部效應的影響,即圓筒或管子端部的塑性脹大量逐漸減小,以及徑向活塞效應的影響。

四、固體自增強法

固體自增強法的基本原理:利用塑性好、熔點低的固體介質(例如鉛)熔化后灌注于圓筒內,然后利用壓(沖)桿擠壓固體介質,使塑性變形并將壓力傳遞到筒壁,借筒壁塑性變形,獲得殘余應力的自增強方法。該法特別適用于極高壓力下的自增強處理。

固體自增強法的特點:

1、避免液體介質在極高壓力下固化;

2、固體介質具有不可壓縮性,使自增強壓力得以完全發揮,因而相應的自增強壓力可較低;??固體介質塑化后具有高粘性,筒體端部密封容易解決;

3、縱使器壁某處薄弱部位發生破裂也不會發生危險。該法已應用在具有不等厚異形結構的高壓泵泵頭上。

以上就是今天分享的內容,其中部分內容轉自《自增強技術的研究》一文,如有侵權,敬請諒解!

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