高温压力容器的残余寿命

 高温压力容器的研究目前还很不充分，而在工业上的应用却已有几 十年的历史，以前设计并投产的高温压力容器大多数是保守的，所 以现在工业界面对着大量的“超期服役"的高温压力容器，其使用 期远超过105h，这些压力容器能否继续安全服役，是工业界普遍关 心的问题。另一方面，也有一些较新的容器，虽然设计寿命未到， 但在定期检查中发现了裂纹，在此情况下，还能有多少残余寿命， 是否需要焊补，也是工程师关心的问题。 

 残余寿命问题可分为两类：第一类是未发现宏观裂纹但材料已经过 长期使用(高温和应力下)，还能用多久；第二类是发现了宏观裂纹， 裂纹的扩展速率如何，还有多少时间会达到临界尺寸。

(一)未发现宏观裂纹的材料

 对这种材料，无损检测是无能为力的。表面金相也未必能代表整个 材料的内部情况，因此，往往必须取样分析。

 取样以后，最老实的办法是重做蠕变或持久试验。但这种试验旷日 持久，解决不了工程上迫切需要决策的问题，例如，要决定下一次 大修中要不要换下。工程上很早就采用加速试验法，即提高试验温 度和应力水平，然后外推到工作温度和工作应力水平。最早获得广 泛应用的是20世纪50年代Larson-Miller提出的参数外推公式：

如在较高温度与较高应力下做实验，得到P(s)与s的关系曲线，就可外推到较低温度 与较低应力下，计算出JR。

 由于Larson-Miller法不尽完善，近三十年来有相当多的学者发展 了各种不同的参数外推法，总的目标是要通过加速试验来外推需要 长时间试验才能得到的、实际工作温度与工作应力下的寿命数据， 对已使用过的材料，这就是残余寿命估计。 

 除参数外推法外，还有一些其他的估计残余寿命的方法，如“蠕变 内应力法"等。

(二)发现宏观裂纹的情况

 如果在容器或管道的某些部位经探伤发现了宏观裂纹，这时问题的 性质已起了变化，进入了高温断裂力学的范畴。 

 首先是要了解蠕变裂纹的扩展速率，并且把它与一个合适的断裂力 学参数联系起来。 

 最初是在20世纪70年代初，英国针对电站中发生的由蠕变裂纹扩展 而造成的事故以及查出大量的裂纹存在，用同样的材料进行了蠕变 裂纹扩展的测试。Siverns和Price提出用应力强度因子K来归纳数 据，其公式为：

 其后的研究表明，用K来归纳蠕 变裂纹扩展数据，分散带很宽。

 指数(n≈6，常大于6)很高，影响 外推的准确性。 

 从理论上说，在蠕变状态下，材 料具有很高的塑性和韧性，用线 弹性断裂力学参数K并不合理。

 1976年Landes和Begley提出了一个新的参数，命名为C*，数据归 纳公式为：

 C*的提出有一定的理论背景，十几年来相当多的人通过研究对C*得 到较好的评价。从试件结果来看，用C*参数有两个明显的优点，一 是数据分散性明显减小，二是指数φ(约0.8)较低，有利于外推。 

 然而C*在应用上碰到一个大问题，即实际结构中裂纹的C*值如何算 法，这方面研究还刚开始。对比之下，结构裂纹的K值计算却有大 量文献可以参考。

 目前的状况是，用K不合理、不完善，但工程上可以应付一下急迫 的问题；用C*合理，数据归纳较有规律，但工程上应用相当困难，相信在今后几年或十几年中会有新的进展。