汽轮机螺栓材料高温拉伸应力松弛性能研究
高温高压环境下材料的松弛与蠕变性能研究
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再论汽轮机高温螺栓材料的选择
第19卷 第2期 1999年4月 动 力 工 程POW ER EN G I N EER I N G V o l .19N o.2 A p r .1999・71・ ・材料研究・再论汽轮机高温螺栓材料的选择赵中平(上海 上海发电设备成套设计研究所)摘 要 汽轮机高温螺栓材料R 26合金由于膨胀系数大和抗应力腐蚀性能差已被替代。
作者论述了高温螺栓R 26合金替代材料的选择和材料负蠕变及其影响。
图4表3参4主题词: 汽轮机 螺栓材料 应力腐蚀 负蠕变 研究 1998212204收到来稿0 前言原引进300MW 汽轮机中高温螺栓材料采用高镍钴基合金R efractaloy 26(以下简称R 26),600MW 汽轮机中也部分采用此合金。
原设计使用R 26合金是因该材料具有很高的高温持久强度和抗松驰性能,可使汽缸、持环等结构设计得紧凑,曾被认为是先进的设计。
笔者在80年代初收集和研究了有关R 26合金的大量资料后多次指出[1]:R 26合金虽然具有很高的热强性,但由于弹性模数,特别是膨胀系数过大和抗应力腐蚀性能差,又含有大量的贵重元素钴,不适合用作与铬钼低合金铸钢汽缸相配的高温螺栓,应根据机组不同的情况,选择合适的替代材料。
对于有些机组的R 26合金螺栓可直接用12%C r 型钢或C r 2M oV T i B 钢替代,对不能用该2种钢直接替代的,可先用我国已使用过的N i m on ic 80A 替代,最后适当调整汽缸结构后仍采用12%C r 型钢或C r 2M oV T i B 低合金钢。
经过几年的争论和实践,必须替代R 26合金螺栓的观点基本得以认同,但如何替代仍有不同意见。
如有些研究[2]认为GH 4145镍基合金具有比R 26合金优良的抗应力腐蚀性能和低的热膨胀系数,可作为替代材料。
然而实际使用表明:GH 4145镍基合金仍存在严重的应力腐蚀开裂问题,亦不适合作为与铬钼钢汽缸相配的高温螺栓材料。
根据文献[3],C r 2M oV T i B 的高温性能优于C 422钢。
汽轮机高温紧固螺栓检测
汽轮机高温紧固螺栓检测摘要：通过对刚性螺栓及柔性螺栓使用中容易出现裂纹缺陷部位的分析，根据螺栓的结构特点、探头的特性，采用横波斜探头和纵波斜探头对螺栓进行超声波探伤的方法，检测中以丝扣反射波来调整横波探伤的灵敏度，以及缺陷波、变形波的识别方法作为重点，从而有效检测出裂纹缺陷。
关键词：高温紧固螺栓；裂纹；超声波检验1.超声波探伤的依据超声波探伤的依据汽轮机高温螺栓的结构多为刚性或柔性双头螺栓，材料为2Cr12NiMo1W1V、45Cr1MoV等，经调质处理，一端旋紧在缸体上，另一端用螺母紧固。
刚性螺栓在拧紧状态时，螺栓的变形主要集中在螺纹根部，允许的变形量小，螺纹处的应力集中更为明显，由于螺栓根部产生的裂纹通常出现在螺栓紧固结合面附近，且沿着螺栓的横端面发展成为横向裂纹，用纵波小角度斜探头放在螺栓端面上检测，主声束正好与裂纹垂直，信号非常强烈，有利于发现裂纹，虽然探头的扩散声束能射到螺栓的螺纹面上产生回波，形成螺纹杂乱信号，会使声束指向性变差，影响对裂纹的判断，但当螺纹根部存在裂纹时，这种杂乱回波的规律将被破坏，因此可根据杂乱回波的规律是否被破坏来判断螺纹根部是否有裂纹[1]。
柔性螺栓在拧紧状态时，螺栓的变形主要集中在螺杆部，允许的变形量明显升高，可有效改善螺栓的受力状态。
采用横波斜探头放在螺栓的光杆部位进行检测也能检出螺栓根部的裂纹。
2.探头的选用探头声束指向性的好坏直接影响着裂纹杂乱回波的强弱，即声束指向性愈好，杂乱回波愈弱;反之愈强。
为减少螺纹杂乱回波，必须期望探头有好的指向性，提高正常螺纹回波与齿根裂纹回波的分辨率，选择探头参数非常重要，原则上应考虑以下几点[2]:(1)考虑检出率及声束指向性，应选用较高频率的探头。
(2)纵波小角度斜探头的声束轴线对准螺纹根部裂纹时检测灵敏度最高，优于纵波直探头，其纵波折射角应视探测的螺纹区长度及端面直径来确定，一般取β为8.5°，频率为5MHz，晶片尺寸根据螺栓规格选择，当螺栓规格为小于M56，M56~M100和大于M100时，晶片尺寸分别对应选取7mm×12mm，9mm×12mm和13mm×13mm。
汽轮机螺栓应力松弛行为预测的研究
Ｊ ａ ｎ ． ，２ ０１ ３
ｄ ｏ ｉ １ １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． Ｉ Ｓ Ｓ Ｎ ． １ ０ ０ ７— ２ ６ ９ １ ． ２ ０ １ ３ ． ０ １ ． ０ １ ７
汽 轮 机 螺 栓 应 力 松 弛 行 为 预 测 的 研 究
董 瑾
（ 华 北 电力 大学 数 理 学 院 ，北 京 １ ０ ２ ２ ０ ６ ）
ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍ ｕ ｌ ａ ａ ｒ ｅ ｊ ｕ ｓ ｔ ｉ ｉ ｆ ｅ ｄ ｂ ｙ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｌ ａ ｘ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｄ ａ ｔ ａ ｏ ｆ ｓ ｅ ｖ ｅ ｒ ａ ｌ ｂ ｏ ｌ ｔ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｓ ．Ｆ ｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｙ ， ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｆ ｏ ｒ —
Ａ ｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ： Ｔｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ｃ ｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｍｅ ｔ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｒ ｅ ｌ ａ ｘ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｔ ｈｉ ｇ ｈ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕｒ ｅ ａ ｒ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ． Ａｎｄ ｔ ｈ ｅ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｆ ｏ ｒ ・ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｐｒ ｅ ｄｉ ｃ ｔ ｓ ｔ ｒ ｅｓ ｓ ｒ ｅ ｌ ａ ｘ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｉ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈｅ ｄ ． Ｂｙ ｍｅ ａ ｎｓ ｏ ｆ ｒ ｅ ｌ ａ ｘ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ａ ｔ ａ ｏ ｆ ｓ ｏ ｍｅ ｉ ｎｉ ｔ ｉ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｖ ａ ｌ ｕｅ ｓ ， ｔ ｈ ｉ ｓ ｍａ ｔ ｈｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｅ ｘ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｃ ａ ｎ ｐ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｒ ｅ ｌ ａ ｘ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｅ ｆｏ ｒ ｒ ｍａ ｎｃ ｅ ｕｎ ｄ ｅ ｒ ｖ ａ ｒ ｉ ｏ ｕ ｓ ｉ ｎ ｉ ｔ ｉ ａ ｌ ｃ ｏ ｎｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎｓ ． Ｔｈｅ ｖ ａ ｌ ｉ ｄ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ
高温条件下的紧固件预紧力松弛
一、应力松弛钢材在高温文应力作用下，在应变量维持不变，应力随着时间的延长而逐渐下降的现象，称为应力松弛。
应力松弛试验一般采用圆柱形试样，在一定的温度下进行拉伸加载，以后随着时间的推移，由自动加载机构卸掉部分载荷以保持总变形量不变，测定应力随时间的降低值，即可绘出松弛曲线。
也可以采用具有等强度半圆环的环形试样进行松弛试验，测定环形试样缺口处宽度的变化来计算应力降低的数值并画出松弛曲线。
二、应力松弛曲线以应力和时间t为坐标的应力松弛曲线可分为两个部分，分别代表两个不同的松弛阶段。
在第Ⅰ阶段内，应力随时间的增长而急剧降低；在第Ⅱ阶段内，降低的速度减慢，最后趋于稳定。
半对数坐标(lgσ-t)的应力松弛曲线中，第Ⅱ阶段呈线性关系，因此可用以进行外推，即由较短时间的试验外推求得较长时间后的剩余应力。
受相同的试验温度和初应力F，经相同的时间后，如剩余应力越高，则材料的抗松弛性能越好。
高温工作中的零件由于存在应力松弛，会不同程度地丧失弹性和紧固作用。
因此对用于高温的紧固件如弹簧、螺栓等的材料，需要测定松弛性能。
金属材料在高温下发生应力松弛，是有一部分在初应力作用下发生的弹性变形逐渐地转化为塑性变形的成效。
松弛现象与蠕变现象有着内在的联系，都是在高温应力作用下的不断变形进程，两者的区分仅在于蠕变时应力基本恒定不变，松弛时应力则不断在下降。
三、紧固件应力松弛应力松驰发生在高温下工作的紧固件上，如汽锅、汽轮机上的螺栓、螺母、压紧弹簧等。
这些零件在持久高温文应力作用下，塑性变形增加，应力下降，当松弛到一定水平后，就会引发汽缸和阀门漏汽，平安门提早起座，影响机组正常运行，甚至发生危险。
为了避免上述现象发生，一般要求经过2×104h（两次年夜修距离）运行后，螺栓最小应力不低于最小密封应力，这个密封应力为150MPa （15.3kgf/mm2）。
为了到达这一要求，可以采用以下措施：一是选择抗松弛性能高的钢材；一是提高螺栓的预紧力。
亚临界汽轮机高温螺栓材料的选择
亚临界汽轮机高温螺栓材料的选择任怀良(上海汽轮机有限公司,上海200240)摘 要: 通过材料性能分析和应力计算比较,解决了亚临界汽轮机汽缸中分面螺栓选材问题,并由此提出了汽轮机高温螺栓材料选择的方法。
关键词: 大型汽轮机;汽缸汽密性;螺栓;材料中图分类号:T K265 文献标识码:A 文章编号:1672-5549(2004)04-0231-04Material Choice of High 2Temperature Bolts for Subcritical Steam TurbineR EN Huai 2liang(Shanghai Turbine Company Ltd.,Shanghai 200240)Abstract : By analyzing material performance and comparing stress calculation ,the problems of selecting proper materials of cylinder horizontal bolts for subcritical steam turbine are solved ,and the method of choosin g high 2tem 2perature bolts material is provided in this paper.K ey w ords : large capacity steam turbine ;cylinder sealing ;bolts ;material1 问题的提出众所周知,汽轮机汽缸水平中分面的密封性是非常重要的,它对机组的经济性和运行可靠性有直接的影响。
为了保证汽缸中分面的汽密性,汽缸中分面螺栓必须有很大的紧力,因此螺栓的应力会很高(现代大型汽轮机汽缸中分面螺栓的安装应力已高达300MPa 以上,而运行初期的应力则更高)。
如果由于这样或那样的原因造成中分面螺栓断裂,那么轻则会造成机组的非计划停机事故,重则会造成不堪设想的后果。
高温下工作螺栓预紧状态变化研究及应对措施
高温下工作螺栓预紧状态变化研究及应对措施管建军;孙一伦;张大群;宋尔明【摘要】常温下预紧螺栓升温到高温时螺栓及法兰的应力应变的改变会对密封状态产生影响.文章首先在各应变均匀一致的假设前提下通过理论推导得到预紧后螺栓的应变大小和升温后密封状态的变化,其次采用有限元软件对常温预紧、升温及再次预紧过程中的螺栓、法兰的应力应变变化进行了分析,最后考虑了蠕变和应力松弛效应对螺栓轴力的影响.文中认为在常温下预紧的螺栓在高温工作时应再次拧紧,如此才能保证高温下的密封状态和常温下保持一致.再次拧紧的应变为法兰与螺栓的热应变之差；若高温下再次拧紧后降温则应拧松螺栓,防止损坏垫片；高温时螺栓轴力不能过高,否则易于在较短时间内降低密封性能,而且应定期拧紧螺栓.【期刊名称】《轻工机械》【年(卷),期】2013(031)005【总页数】4页(P104-107)【关键词】螺栓;预紧;密封性能;应力松弛【作者】管建军;孙一伦;张大群;宋尔明【作者单位】辽宁石油化工大学机械工程学院,辽宁抚顺113001;中国石化工程建设公司工厂系统室,北京100101;中石化催化剂长岭分公司加氢车间,湖南岳阳414012;辽宁石油化工大学机械工程学院,辽宁抚顺113001【正文语种】中文【中图分类】TH131.3化工容器法兰接口的密封面需要靠螺栓经预紧形成的较高拉应力来保证其密封性。
螺栓的预紧力是影响密封的一个重要因素，预紧力必须使垫圈压紧并形成初始密封条件，同时预紧力也不能大到将垫圈压坏或挤出［1］。
化工设备多在常温下制造安装，然后进行调试运行。
在常温下螺栓的预紧问题已有很多研究者作出了详尽的研究［2-5］。
GB150只对常温下预紧力的计算进行了规定，没有考虑高温下设备是否能在该预紧力作用下保证垫片的密封性能。
而设备使用方非常关心常温下已预紧的螺栓是否在高温下需要再次拧紧螺栓，以防止发生泄漏事故。
同时他们需要制定相应的操作指导，利于设备的安全稳定运行。
材料在高温下的力学性能（蠕变、松弛）
材料在高温下的力学性能（蠕变、松弛）第7章材料在高温下的力学性能7.1 材料在高温下力学性能的特点有许多机件是在高温下工作的，如高压锅炉，蒸汽轮机、燃气轮机、以及化工厂的反应容器等，对于这些机件的性能要求，就不能以常温下的力学性能来衡量。
材料在高温下的力学性能明显地不同于室温。
首先，材料在高温将发生蠕变现象。
即在应力恒定的情况下，材料在应力的持续作用下不断地发生变形。
这样，材料在高温下的强度便与载荷作用的时间有关了。
载荷作用的时间越长，引起一定变形速率(如)或变形量的形变抗力(蠕变极限)以及断裂抗力(持久强度)就越低。
粗略地说，发生蠕变现象的温度，对金属材料约为T>0.3-0.4TM ；(TM为材料的熔点以绝对温度K计)；对陶瓷约为T>0.4-0.5TM ；对高分子材料为T>Tg，Tg为玻璃化温度，多数高分子材料在室温下就发生蠕变。
由于蠕变的产生，我们就不能笼统地说材料在某一高温下其强度是多少，因为高温强度与时间这一因素有关。
而材料在常温下的强度是不考虑时间因素的。
除非试验时加载的应变速率非常高。
材料在高温下不仅强度降低，而且塑性也降低。
应变速率越低，载荷作用时间越长，塑性降低得越显著。
和蠕变现象相伴随的还有高温应力松驰。
一个紧固螺栓在高温长时间作用下，其初始预紧力逐渐下降，这种现象也是由蠕变造成的。
另外，蠕变还会产生疲劳损伤，使高温疲劳强度下降，为此，必须研究蠕变和疲劳的交互作用。
材料在高温下的力学性能特点都是和蠕变过程紧密相连的。
第一，材料在变形时首先总是引起形变强化，蠕变之所以能发生，必然还伴随着一个变形的软化过程，这个软化过程就是高温回复。
第二，蠕变的变形机制必然与在常温下的不同。
材料在常温下的变形可通过位错的滑动产生滑移和孪晶两种变形型式。
而在高温下位错还可通过攀移，使位错遇到障碍时作垂直于滑移面的运动，如图7-0所示。
这样位错便不会阻塞在障碍面前，而使得变形能继续下去，这就是一个变形的软化过程。
(完整word)螺栓松弛及热紧
1. 正常运行一段时间，为什么部分螺栓会松弛？除了螺栓材料和法兰刚度的因素外，螺栓松弛的原因一般有蠕变和应力松弛.紧固螺栓在长时间应力的作用下，内部将发生与时间有关的塑性变形。
由于总变形恒定,在塑性变形增加的同时，将引起弹性变形量的减少，使压紧力下降。
这种在恒定变形条件下，引起应力随时间下降的现象就是应力松弛。
应力松弛现象既存在于高温条件下，也存在于室温条件下.高温下应力松弛速率要远大于室温下的松弛速率。
金属在高温下抵抗应力松弛的能力是材料重要的高温强度性能之一。
材料在保持应力不变的条件下,应变随时间的延长而增加的现象叫蠕变。
蠕变在低温下也会发生，但只有达到一定的温度下才能变得显著.通常碳素钢超过300~350℃，合金钢在400~450℃以上时有蠕变行为.另外，预紧时预紧力不够，或者螺栓受力不均匀，也容易导致螺栓松弛。
这是因为根据文献，螺栓预紧力变小时，应力松弛速率会变大，加剧了螺栓的松弛趋势。
2. 预紧需要注意的问题？反应器各连接部位密封要求较高，特别是法兰直径达1米以上，使得法兰厚度、螺栓尺寸均很大，需给螺栓施加很大的预紧力才能保证八角垫初始密封和承压工作时的残余密封条件。
因此，如果初始预紧不均匀或预紧力不够,升温后因螺栓同时伴有应力松弛,很容易导致螺栓松弛，无法实现密封.预紧时应注意以下几个方面：1）密封面、不锈钢齿型垫必须清洗干净，密封面上不能有脏物，螺栓孔周围外表面和螺母平面应平整无毛刺。
否则会影响垫片均匀受力2）先用手或简单工具拧紧螺母，直至螺母底面与法兰面接触。
3）按设备制造厂或图纸规定用液压紧固装置进行螺栓紧固，螺栓预紧力应按要求分步（一般为4步）逐级上紧螺栓，对于每步油压值,螺栓的紧固必须按规定的顺序成组进行；紧固过程中每紧固螺栓一圈，均应测量法兰面之间的间隙,其差值控制在规定值内；第三步上紧后，再用第三步上紧的油压值对整圈螺栓均匀紧固一次。
4）系统升温后，应对螺栓热紧一次，热紧油压按最终油压值。
高温高压汽缸连接螺栓松弛和脆化的防治对策研究
第21卷 第4期江西科学Vol.21 No.42003年12月J I AN GXI SCIENCEDec ,2003文章编号:1001-3679(2003)04-0328-05收稿日期:2003-03-06;修订日期:2003-04-21基金项目:江西省电力工业局资助项目,2002年8月通过鉴定。
作者简介:杨杉(1959-),男,江西瑞金县人,江西电力职业技术学院高级讲师,1982年7月毕业于江西工学院,工学学士。
高温高压汽缸连接螺栓松弛和脆化的防治对策研究杨 杉,蔡锌如,熊先仁(江西电力职业技术学院,江西南昌 330032)摘要:以25Cr2M o1V 钢螺栓为代表,利用常温和高温下使用材料的物理力学性能指标作为选材、进行恢复性热处理和判废更换螺栓的基本要求;由材料的金相组织图谱弄清其材质变化性状;最后对使用1至3个大修期的脆化钢螺栓材质与材性进行恢复热处理。
关键词:汽缸连接螺栓;松弛;防治中图分类号:TK263.1 文献标识码:BThe Counterplan R esearch on the Brittle Looseness and its Preventionfor H igh Temperature and H igh Pressure BoltY ANG Shan ,C AI X in-ru ,XI ONG X ian-ren(Jiangxi E lectric V ocationl and T echnical C ollege ,Jiangxi Nanchang 330032PRC )Abstract :The Steel-25Cr2M o1V bolt is an object of study.The physical nature of the material under normal and high tem perature is an quality index which is used to choose meterials and the material quality is to use in taking instauration heat-process or in altering the bolt.The quality of the material and its changed character can be mastered based on the material ’s matallograph.The bolt being brittle after 1to 3overhaul period will be processed with instauration heating.K ey w ords :Cylinder bolt ,Loose invalidation ,Cure counterplan 以25Cr2M o1V 钢螺栓为代表的热力设备常用紧固件,它在高温540℃和高压9.8MPa 以上蒸汽压力的运行工况及其为确保汽缸结合面密封所需的初始预紧应力共同作用下,连接螺栓在一个大修期(大约为2～3a )内工作过程中,自始至终是处于高温应力松弛和蠕变变形为主的粘塑性状态下工作的,螺栓经历着材性和材质的演化过程。
汽轮机检修中螺栓损坏原因分析及对策研究
汽轮机检修中螺栓损坏原因分析及对策研究发布时间：2022-11-29T12:01:47.102Z 来源：《科学与技术》2022年8月15期作者：张新强[导读] 螺栓是一种汽轮机结构当中十分重要的组成部分张新强大唐陕西发电有限公司灞桥热电厂陕西省西安市 710038摘要：螺栓是一种汽轮机结构当中十分重要的组成部分，在实际的工作开展中，往往会起到十分重要的作用。
因此，一旦在运行过程中，出现螺栓的损坏问题，就会导致直接影响到汽轮机组的实际运行。
因此，为了保障系统的稳定运行，就需要在进行汽轮机检修中，重视起检修的技术使用，全面提升汽轮机系统的运行性能。
在本文的分析中，主要阐述汽轮机检修当中的螺栓损害问题，并提出相应的检修处理途径，为相关领域的工作人员提供一定的技术参考。
关键词：汽轮机；螺栓损坏；螺帽咬死引言：在当下汽轮机出现了质量问题之后，就会直接导致汽轮机出现运行的故障问题，无法继续运行。
为了实现对这个问题的处理，就需要相关运维人员结合起实际的螺栓损坏的情况，采用针对性的处理方式，及时恢复螺栓的实际效能，保持汽轮机组的稳定运行。
1 研究背景汽轮机机组的运行过程中，螺栓结构是其中内部十分重要的组成部分。
当前进行汽轮机组的螺栓结构的设计中，基本上采用两种形式，分别为高温螺栓与高压螺栓这两种类型。
这两种螺栓的使用，要结合起实际的使用情况，以及在不同部位当中进行科学合理的调节，才可以保持汽轮机的稳定运行。
当前进行汽轮机的使用环节，由于运行情况较为复杂，经常会出现汽轮机的螺栓损坏问题，一旦出现这样的问题，在严重情况下会导致系统无法保持较强运行能力，以此就需要在进行处理的过程中，利用针对性的维修技术，及时的解决这样的质量问题，尽快的恢复汽轮机的运行性能，避免出现一定的质量问题[1]。
2 汽轮机螺栓检修流程对汽轮机内部的螺栓进行实际的检修工作开展中，为了进一步的保障实际检修工作开展的准确性，就需要积极的基于实际的检修工作流程，进行科学合理的分析以及处理。
不同温度下高强螺栓节点预拉力变化研究
高温下连接节点高强螺栓预拉力试验研究【摘要】温度是影响高强螺栓预拉力变化的重要因素之一，在高温下，高强螺栓的应力松弛导致高强螺栓的预拉力以及高强螺栓连接节点的滑移荷载下降。
通过对自行设计的高强螺栓节点进行高温下的受力性能试验，拟合了高强螺栓温度—应变曲线，温度—预拉力曲线，总结出高强螺栓预拉力随温度的变化规律。
【关键词】高温；高强螺栓；预拉力变化Test research on Pretension of High- Strength bolt in connecting nodes under High temperatures【Abstract】:Temperature is one of the most important factors that affects the high strength bolts pretension change, under the high temperature, the stress of high strength bolt easily relaxes, and stress relaxation phenomenon directly leads to the decrease of the bearing capacity of high-strength bolt and slip load of high strength bolt connection node drop down. This experiment was carried out on the high strength bolt node of own design under the high temperature to monitor the strain, concluded the strain change rule, fited the temperature-strain curves and temperature –pretension curve, summarizes the change law of pretension.【keywords】: high temperature; high strength bolts; the change of pretension force 【引言】高强螺栓作为钢构件连接的主要方式，其受力性能非常重要。
汽轮机热应力、热膨胀、热变形
汽轮机热应力、热膨胀、热变形一、汽轮机启停和工况变化时的传热现象：1、凝结放热：当蒸汽与低于蒸汽饱和温度的金属表面接触时，在金属壁表面发生蒸汽凝结现象，蒸汽放出气化潜热，蒸汽凝结放热在金属表面形成水膜——膜状凝结，其放热系数达4652~17445w/m2·k，如果蒸汽在壁面上凝结，形不成水膜则这种凝结——珠状凝结，珠状凝结的放热系数是膜状凝结的15~20倍。
汽轮机冷态启动，从开始冲转2~3min内，剧烈的换热使汽缸表面很快上升到蒸汽的饱和温度，尤其是转子表面上升更快。
2、对流放热：汽轮机部件的最大允许温差，由机组结构、汽缸转子的热应力、热变形以及转子与汽缸的胀差决定的。
汽轮机启停和工况变化由于高、中压缸进汽区温度较高，热交换剧烈，因而汽缸转子内形成的温差也大，因此监视好这些部件温差不超允许值，其它部件的温差就不超允许值。
当蒸汽的温升率一定时，随着启动时间的增长及蒸汽参数的提高，蒸汽对金属单位时间的放热量并不相等，在金属部件内部引起的温差也不是定值。
当调节级的蒸汽温度升到满负荷所对应的蒸汽温度时（约为503℃）蒸汽温度不再变化，此时金属部件内部温差达到最大值，在温升率变化曲线上的这一点为准稳态点，准稳态附近的区域为准稳态区。
经过一段时间热量从内壁传到外壁，不考虑外壁的散热损失，内外壁温度相同，汽轮机进入稳定状态。
在汽轮机启停和变工况运行时，在金属部件内引起的温差不仅与蒸汽的温升率有关还与蒸汽温度的变化量有关，温差随蒸汽的温升率增大而增加，随蒸汽温度变化量的增加而增大。
机组启动时暖机，有效的减少了金属部件内引起的温差，所谓暖机，就是在蒸汽参数不变的情况下，对汽缸、转子进行加热，此时蒸汽传给金属的热量等于金属内部的导热量，使金属内外壁温差减小，暖机结束时，金属部件的温差很小或接近于零，金属部件的温度接近暖机开始的温度。
二、热应力：1、由于温度的变化引起零件的变形——热变形，如果热变形受到约束，则物体内就产生应力，这种应力称为热应力。
汽轮机调速气阀高温紧固螺栓断裂失效分析
汽轮机调速气阀高温紧固螺栓断裂失效分析摘要：某火电厂在机组检修期间发现汽轮机调速气阀高温紧固螺栓断裂失效，对嘶口表面进行宏观检测、金相检测、化学成分分析、力学性能及扫描电镜检测。
结果表明，高温紧固螺栓热处理工艺不当造成晶粒粗大，引起材料塑性及初性降低：机组频繁启停及温度变化造成热应力集中，螺栓材料塑性降低，在应力集中处萌生裂纹并逐步扩展，最终导致螺栓断裂失效。
提出合理设计螺栓热加工工艺、优化螺检结构等建议。
关键词：调速气阀；螺栓断裂；热加工火电厂汽轮机高温紧固螺栓主要包括高中压内外缸螺栓、高压导汽管螺栓以及高中压汽阀螺栓，在机组运行过程中，高温紧固螺栓承受高温、高压及巨大应力，以确保缸体及阀体密封良好，因此需要具备良好的高温力学性能。
一旦大部分高温紧固螺栓发生断裂，会造成大量高温、高压蒸汽发生泄漏，将会对人员及设备造成重大伤害，因此对高温紧固螺栓断裂原因进行分析显得尤为重要。
1.试验材料及方法试验材料为汽轮机中压调速汽阀紧固螺栓，螺栓规格为M33mm×273mm,材质为20Cr1Mo1VTiB钢。
本文对断裂螺栓断口宏观形貌进行观察，利用断口扫描电镜(SEM)对断口形貌进行观察。
利用SPECTROMAXx型台式直读光谱仪对中压调速汽阀螺栓进行全元素化学成分分析。
利用Axio Observer.A1m型光学显微镜对中压调速汽阀螺栓取样进行显微组织检测。
利用ZBC-300B型数字冲击试验机，对断裂的中压调速汽阀螺栓取样进行常温冲击性能测试，其中1号螺栓取样位置为螺栓中间区域，2号螺栓取样位置为螺栓边缘区域。
2.检测及分析2.1宏观形貌对断裂的中压调速汽阀紧固螺栓进行宏观形貌观察，见图1。
可以看出，两条螺栓均断裂于靠近螺纹的中间柔性杆部位置，螺栓表面的高温氧化现象比较严重。
断口粗糙，未见明显的塑性变形，断口表面氧化锈蚀现象严重。
1号螺栓试样的断口外圈边缘为粗大晶粒形貌，截面中间为细晶粒形貌。
2号螺栓试样的整个断口截面均为明显的粗大晶粒形貌。
螺栓材料的应力松弛特性研究
综上所述, 材料的抗松弛性能完全由松弛极限 Ρr 和相对松弛参量 S t 所确定。Ρr 表征了剩
余应力的极限值, 而 S t 的变化则反映了松弛过程进行的快慢程度。
3 结 论
(1) 根据金属高温应力松弛的基本特征, 提出一种用于描述松弛行为的数学表达式, 利用 该表达式可以对松弛试验结果进行处理及松弛特性分析。 对多种螺栓材料松弛试验数据拟合
弛行为。 由于没有充分考虑到松弛速度的不断
降低, 用外推以前的平均松弛速度来代替外推
图 3 同一试验结果在归一化时间下的松弛曲线 注: —— 5 000 h 试验结果, 式 (3) 拟合曲线;
—— 5 000 h 试验结果, 式 (3) 外推结果; —— 5 000 h 试验结果, 式 (4) 外推结果; —— 500 h 试验结果, 式 (4) 外推结果。
材 料
温度 ℃
Α
A
Ρr M Pa
25C r2M oV
500
0. 25 1. 833 138. 58
图1
20C r1M o1V 1
565
0. 42
12. 152
38. 48
图1
25C r2M o 1V
550
0. 40
9. 061
1. 56
图2
20C r1M o1VN bB
520
0. 18
A
(Ρ0 - Ρ) Ρ - Ρr
(8)
代入式 (7)
E Εαr =
Α(Ρ - Ρr) 2 A (Ρ0 - Ρr)
A (Ρ0 - Ρ) (Ρ - Ρr)
(1- 1 Α)
=
Α(Ρ
A1
- Ρr) Α(Ρ0 -
(1+ 1 Α)
螺栓室温应力松弛试验研究
有学者推导出 lgσ 10 - 3 - b L = a T ( C + lg t ) × σ 其中 L 为应力松弛百分比 。
大 ,应力松弛量也越大 ,而应力松弛指数变化不大 , 因此 ,过大的提高初应力对长时间后的残余应力无 明显作用 ; d. 所提出的应力松弛方法和试验结果 ,对导弹 武器系统储存寿命研究具有一定参考作用 。 另外 ,储存寿命的确定 , 尚有待于综合考虑其 它因素的影响 , 如非金属件的老化等 , 才能得到准 确可信的结论 。
lnσⅡ = lnσ ’t t0 ( 2)
经对松弛试验数据进行计算和分析表明 ,在第 二阶段 ,σ SH2 t 在σ SH2ln t 坐标上是直线关系 。与式 ( 2) 不太一致 ,这一过程可表示 σ ( 3) SH = A + B ln t + δ 因为要拟合的是应力松弛第二阶段的关系 ,所 以要确定第二阶段时间上的起点 。图 3 给出了两 个不同起点时的拟合曲线 , 可以发现 , 第二阶段起 点的确定对回归斜率有一定的影响 。考虑到应力 松弛的特性 ,经分析后拟合 ,得到 对于 1 号 、 2 号螺栓 -7 σ ( 4) SH = 5 . 379 - 5 . 824 ×10 ln t + δ 对于 3 号螺栓 -7 σ SH = 5 . 564 - 1 . 302 ×10 ln t + δ
作者简介 : 余志刚 ,男 ,25 岁 ,硕士研究生 。研究方向 : 火箭失效与可靠性 。
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—
1999 年 9 月
固体火箭技术
第 22 卷
栓在室温下应力松弛的在线连续测量 ,可用少量螺 栓一次测试出其应力松弛特性 , 无需中途装卸 , 省 时省力 ,减小了人为误差 。该装置采用了高精度的 电测应变片和数字显示仪 , 从而提高了测量精度 , 并且在螺栓连接处模拟实际联接工况进行试验 ,测 量结果更接近实际 , 也更可靠 。另外 , 该装置还可 对材料的弹性模量进行测定 。 2. 2 紧固螺栓的应力松弛试验 试验试样为某型号导弹发动机系统上法兰联 接紧固螺栓 , 直径 d = 12mm , 材料 45 # 钢 ,σ s = ( ) 355M Pa ,试件数目 3 个 , 试验温度 25 ℃ 室温 , 试 件的受力条件分别为 σ 1 号螺栓 : p 1 = 31 060N ,σ 0 = 80 % s; σ 2 号螺栓 : p 2 = 31 570N ,σ 0 = 80 % s; σ 3 号螺栓 : p 3 = 36 880N ,σ 0 = 95 % s。 测试的性能指标为残余应力 σ SH 。 试验步骤 : 首先对试件进行预处理 , 然后调试 试验机及控制系统 、 测量系统和显示系统 。通过套 筒将螺栓安装在试验机上 。加载测量试件的弹性 模量 E 。标定试验应力 , 按试验计划加载初应力 , 记录原始数据 ,以后每隔一段时间 ,打开测量系统 , 预热一段时间后 ,记录显示器读数 ,直到规定时间 , 如此重复测得三个螺栓的试验数据 。
螺栓_法兰连接系统的应力松弛
σ f′
c
大 , 这是由于转子钢在高温低周疲劳试验中 承受着循环载荷和温度环境的复合作用 , 循 环载荷和温度环境的作用 , 会随时间而不断 加剧 , 氧化过程也大大加快 , 致使高温低周疲 劳寿命估算变得更为复杂 , 有必要进一步研 究适用于高温低周疲劳寿命的估算方法 。
ε f′
表2
项 目 σ f′ ε f′ 温 度/ ℃ 室温
Key words :bolt ,flange , stress relaxation
的物理模型 。
0 前 言
众所周知 ,在机械设计中 ,通常把由应力 引起的应变随时间变化的现象称为蠕变 。高 温部件的设计都涉及蠕变 。在维持恒定变形 的材料中 ,若应力随时间的增长而逐渐变小 , 这种现象称为应力松弛 。它通常被认为是一 种广义的蠕变 , 理解为在渐减应力下发生的 蠕变 。应力松弛是高温条件下螺栓 — — — 法兰 连接系统设计的主要问题 。
图1
1 应力松弛的物理模型
应力松弛是一种广义的蠕变 , 但它又不 同于在恒定拉伸力作用下的蠕变 , 应力松弛 是在恒定变形条件下因材料蠕变而使应力逐 渐减小 。为说明这种现象 , 图 1 示有一简单
收稿日期 :1999 - 03 - 22 王江洪 ,男 ,1968 年 5 月生 ,工程师 ,从事汽轮机设计 。
如图 1 所示 , 一单位长度和单位截面积 的杆与一刚度为 k 的弹簧串联 , 将杆初拉伸 l 0 , 则杆的初始应力为 σ 0 , 弹簧的拉伸为 σ 0/
k , 由此得到的杆和弹簧拉伸的总和 , 该总和
将维持常数值 , 用下式表示 : l +σ / k = l0 + σ 0 / k = 常数
( 1)
响 , 若法兰总弹性变形和螺栓总弹性变形之 比为 a , 法兰总蠕变和螺栓总蠕变之比为 b , 则影响系数 : φ= 1+ a 1 + b
汽轮机高温螺栓断裂原因探究
汽轮机高温螺栓断裂原因探究发布时间：2022-11-04T10:28:25.415Z 来源：《科学与技术》2022年第7月13期作者：吴学丰[导读] 汽轮机是一种旋转式动力机械，主要应用于现代大型火力发电厂。
但是近来有相关人员发现某地火力发电厂在系统运行过程中出现了汽轮机高温螺栓断裂问题，吴学丰华电能源股份有限公司富拉尔基热电厂摘要：汽轮机是一种旋转式动力机械，主要应用于现代大型火力发电厂。
但是近来有相关人员发现某地火力发电厂在系统运行过程中出现了汽轮机高温螺栓断裂问题，引发这一现象的主要原因是热处理工艺操作不当和螺栓受力情况复杂。
为了保证火力发电厂的正常运转，工作人员理应加强对螺栓热处理工艺的重视、选择合适的螺栓结构并及时确定螺栓安装的坚固性。
关键词：汽轮机；高温螺栓断裂；原因引言：火力发电厂在社会发展的过程中具有重要作用，它可以提高资源的利用率，避免过度的资源消耗，进而便于开展生态环境保护工作。
汽轮机是火力发电厂的重要组成部分，倘若汽轮机出现故障无法使火力发电厂正常运行。
汽轮机高温螺栓断裂会导致高温蒸汽外泄，工作人员只有具备专业知识与能力才可以在第一时间内解决问题。
1汽轮机高温螺栓断裂检测操作步骤根据对汽轮机高温螺栓断裂进行分析，明确螺栓断裂位置在第1-2道螺栓牙底处，断裂接口处有较多的锈蚀，可以看出螺栓在较长时间之前就出现了问题，无法继续投入使用。
工作人员想要获得的信息更多，可利用电子显微镜对其进行扫描，发现汽轮机高温螺栓断口处为晶粒状，并且具有许多反面的解理面，依此可以明确高温螺栓断裂形式为脆性解理断裂[1]。
工作人员再次利用进项显微镜进行扫描时，从中发现汽轮机高温螺栓覆盖的不同晶粒状物体存在较大的反差，呈现交叉式分布，根据相关标准将此汽轮机高温螺栓覆盖的晶粒状物体评定为1级，但是标准的晶粒状物体为5级，由此可见，汽轮机高温螺栓使用不符合规定的标准，螺栓的性能较差，无法推动汽轮机的正常运转。