API RP520和ASME B31.1中关于安全阀排汽反力计算公式的比较

介绍了API RP520和ASME B31.1两种标准给出的安全阀排汽反力的计算方法,并通过公式推导和实例计算进行两种方法的比较,得出:对理想气体的计算,两种标准给出的公式是等价的;在工程应用中,将过热蒸汽视为理想气体进行计算时,采用API RP520给出的计算公式更方便快捷。

B31.G腐蚀管道剩余强度评价比较分析

油气长输管道的腐蚀剩余强度评价一直是管道完整性管理的重要内容,国外在腐蚀管道的剩余强度评价方面已取得很大成就。详细说明了ASME B31.G管道腐蚀剩余强度评价方法及其各种改进方法,对其优缺点和保守性进行了分析,通过选取不同的腐蚀面积计算公式、膨胀系数计算公式,不同的流变应力进行计算,结果表明,膨胀系数M的选择对失效压力的影响很小;腐蚀面积计算方法的选择对失效压力的影响很大;不同的流动应力定义会得到不同的评价结果,相对于不同的膨胀系数M和不同的面积计算方法而言,不同的流动应力选择对评价结果的影响更大。

ASME B31.3与国内对应规范在LNG管道应用的比较

结合LNG管道材料(奥氏体不锈钢)对低温冲击试验、设计许用应力、热处理以及管道系统检测和试验等方面的要求,将ASME B31.3、GB/T 20801和GB 50316进行了比较,指出了三种规范内容上的异同点,并对不同之处进行了特别说明。

根部加强的镁合金搅拌摩擦焊分析

常规搅拌摩擦焊中,不同厚度的材料所适配的最佳搅拌针长度也不相同,搅拌针过长或过短都会对焊接效果产生不利影响.为了解决这一局限性,提出了一种在焊缝背面添加适当厚度同种材料垫板的新型焊接工艺,在该工艺中,搅拌针长度大于被焊板材厚度,将垫板与母材焊接在一起,一方面,降低了对搅拌针长度的要求;另一方面,可消除焊缝减薄产生的不利影响.结果表明,采用该方法分析1.5 mm厚AZ31B镁合金的对接焊,接头抗拉强度最大可达母材的91.19%,此外,分析了焊缝横截面微观组织和显微硬度分布,通过所建立的卷积神经网络模型,对接头抗拉强度随参数变化的分布情况进行了预测,获取了最佳工艺参数.

汽车用镁合金的表面改性及耐蚀性能研究

采用旋涂法在汽车用镁合金表面制备了4种改性涂层(不含有机改性硅酸盐涂层和有机改性硅酸盐涂层),对比分析了改性涂层的显微形貌以及在3.5%NaCl溶液中浸泡不同时间后的耐腐蚀性能。结果表明,相较镁合金基体,浸泡前的不含有机改性硅酸盐涂层A试样和浸泡1 d~9 d的涂层试样的腐蚀电位都正移,腐蚀电流密度明显减小,涂层A的耐腐蚀性能明显优于镁合金基体;4种改性涂层的腐蚀电位都相较镁合金基体发生正向移动,且有机改性硅酸盐涂层(涂层B、涂层C和涂层D)的腐蚀电位都比涂层A更正、腐蚀电流密度相较涂层A更小,腐蚀电流密度从小至大顺序为:涂层C<涂层D<涂层B<涂层A<基体。随着浸泡时间的延长,4种改性涂层的腐蚀电流密度都在增加,但相同浸泡时间下,涂层B和涂层C的腐蚀倾向相比涂层A更小、腐蚀速率相比涂层A较慢,且涂层C(KH-570/BTMSE=3/2)具有最佳的耐蚀性能。

新版ASME B31G—2009管道剩余强度评价标准先进性分析

近年来我国油气管道腐蚀现象日趋严重,对腐蚀管道进行剩余强度评价可以有效地避免和预防管道泄漏事故的发生。1984年美国机械工程师协会颁布的ASME B31G—1984标准是研究腐蚀管道剩余强度评价方面使用最广泛、最基本的评价标准之一,之后又推出了ASME B31G—1991修改版及改进的RSTRENG方法。为此,重点介绍了最新版ASME B31G—2009标准的分级评价方法以及较之前两版ASME B31G的先进性。根据收集到的67组管道全尺寸爆破试验数据,分别利用新旧ASME B31G标准和RSTRENG方法计算得出预测失效压力,并与实际爆破压力进行了比较。通过实例验证和对比分析可知:新版ASME B31G—2009采用4个等级进行腐蚀管道的剩余强度评价,更便于评价人员根据现场操作难易程度、资料详细程度以及评价精度等要求选择不同的评价等级进行操作;其保守性明显降低,预测结果更加接近真实值,具有较强的实用性;但与RSTRENG相比,它仍存在一定的保守性。另外,新版ASMEB31G—2009仍不适于评价大口径、高强度的管道,在评价范围方面有待进一步提高。

ASME B31G-2012标准在含体积型缺陷管道剩余强度评价中的应用研究

为了确定石油天然气输送管道能否在规定的管道压力下正常运行,避免油气管道发生安全事故,必须对含体积型缺陷的管道进行剩余强度评价。以断裂力学和工程实践经验相结合的半经验公式作为含体积型缺陷管道进行剩余强度评价的标准已经被国内外所广泛采用。为此分析研究了ASME B31G-2012标准的3种流变应力计算方法,得出各管线钢在选用不同方式计算流变应力时,管道剩余强度值之间所存在的差异,剩余强度评价结果也会存在着不同的保守性。进而计算了不同条件下安全系数的选取范围,讨论了地区等级变化对安全系数的影响程度;并针对ASME B31G-2012标准比较了原剩余强度计算公式和改进后的剩余强度计算公式,认为改进后公式通过改变鼓胀系数和缺陷投影面积降低了剩余强度评价结果的保守性;最后通过实际工程运用明确了流变应力、安全系数、剩余强度计算公式的选取原则。结论认为:在实际应用中需要综合考虑管道使用年限、管材性质、缺陷特征、所处地区等级、检测技术及业主要求等多方面的因素来确定如何选取评价管道剩余强度的相关参数。

底部辅热镁合金搅拌摩擦焊接头的组织及性能研究

针对镁合金搅拌摩擦焊接头底部成形不良的问题,对4 mm厚AZ31B镁合金板进行底部辅热搅拌摩擦焊,研究了底部辅热对镁合金接头底部区域温度及组织性能的影响。结果表明:施加底部辅热后,焊缝底部散热减少,峰值温度得到提升。同时,底部辅热可以软化金属,提高材料的流动性,焊缝底部的孔洞缺陷消失,底部组织得到细化,接头的抗拉强度和伸长率得到提升。

AZ31B镁合金连续铸轧板材搅拌摩擦搭焊接头组织研究

对AZ31B镁合金连续铸轧板材进行搅拌头逆时针与顺时针相结合的二道搅拌摩擦搭接焊。经对其搭接接头横截面的焊缝宏观及不同部位微观组织对比来分析二道搅拌摩擦焊对焊接接头塑性组织及成形的影响。结果表明:焊核区等轴晶粒组织特别细小、均匀;过渡区晶粒组织大小起伏较大,略大于焊核,较小于母材组织;前进侧界面迁移呈现大弧度卷起,比较突兀与焊核隔断,形成钩状缺陷,而后退侧界面迁移线缓缓渗入中部焊核区,渐渐消失于焊核组织内;前进侧迁移线的成形特点相比于孔洞隧道缺陷,成为整个焊接接头最薄弱部分;前进侧界面迁移线边的组织融合影响了对焊接头的成形;二道搅拌摩擦搭接两次搅拌头旋转方向同为逆时针时,能得到表面良好、组织熔合紧密、强度较高接头;当搭接接头上板为后退侧时,与上板为前进侧相比,搭接接头能够承受更大剪切力。

AZ31B镁合金轧板差温剪切旋压成形组织和性能的研究

在100~300℃成形温度开展了AZ31B镁合金薄板差温剪切旋压实验,并分析研究了温度对成形工件微观组织和力学性能的影响规律。结果表明:AZ31B板材在150~300℃具有良好的差温剪切旋压成形性;150℃成形时,工件微观组织中以变形孪晶为主,晶界分布着亚微米级再结晶晶粒,随着温度上升,再结晶体积分数增加,在250、300℃成形时,获得完全动态再结晶组织。工件在200℃成形后获得最佳综合力学性能,在150℃旋压后工件强度最高。

基于损伤耦合粘塑性模型的AZ31B镁合金温变形行为研究

为了准确描述AZ31B镁合金温变形中材料硬化、损伤和断裂行为,建立了基于位错密度的粘塑性模型与GTN损伤模型耦合的本构模型。在不同温度和应变率下对试样进行温拉伸试验,获得合金温变形下的应力-应变曲线。基于材料高温变形机理,以位错密度为内变量,建立粘塑性模型来描述材料的硬化行为,并采用智能算法来识别模型的材料参数。为描述材料温变形过程中的损伤演变,将GTN损伤模型与已建立的粘塑性模型进行耦合,建立温拉伸仿真有限元模型,利用Kriging代理模型结合智能算法反求损伤模型参数。最后,利用已建立的损伤耦合粘塑性模型分析温拉伸过程中的损伤演化和预测温胀形过程的破裂行为,并与试验结果进行对比。结果表明,该本构模型可以准确地预测AZ31B温变形过程中的损伤和断裂。

恒压恒流交互模式对AZ31B镁合金微弧氧化陶瓷膜组织与性能的影响

为探究恒压与恒流相互叠加模式对AZ31B镁合金微弧氧化膜层组织与性能的影响,利用AZ31B镁合金为基材,在电解液和电参数相同的前提下,采用恒流、恒压、先恒流再恒压、先恒压再恒流4种不同电源工作模式在AZ31B镁合金表面制备微弧氧化陶瓷膜。采用扫描电镜(SEM)、电化学工作站、X射线衍射仪(XRD)、高温摩擦磨损机等检测手段,对AZ31B镁合金微弧氧化陶瓷膜层进行测试。结果表明:基材经微弧氧化处理后,表面生成微弧氧化陶瓷膜。在先恒流再恒压(0.7 A/6 min+400 V/4 min)电源模式下制备的微弧氧化陶瓷膜的MgO、MgF_(2)以及Mg_(2)SiO_(4)等强化相的峰值比其他模式下制备的膜层高;膜层表面平整,微孔小且分布均匀,致密性较好,膜层与基体紧密结合;相对于其他模式下的膜层,其被磨穿时长最长,材料的耐磨性得到提升;其腐蚀电位相对于基体,从-1.4974 V增加到-1.3769 V,腐蚀速率从0.0091 mm/a降低到0.0020 mm/a,耐腐蚀性显著提升。

基于翻孔试验的AZ31B镁合金薄板温成形特点研究

以1.6 mm厚的AZ31B镁合金板料为研究对象,利用Deform-3D软件探究了温成形翻孔工艺的成形特点,分析了成形温度、冲压速度和压边间隙对制件成形过程中等效应力、成形载荷及厚度变化的影响规律和机理,在此分析结果基础上提出了翻孔优化工艺,并通过对比优化工艺下仿真试验和物理试验中制件的变形情况,验证了模拟仿真的正确性。结果表明,扩孔阶段制件凸缘区材料应力波动幅度最大,达到141.29 MPa,减薄和增厚最严重的区域分别是伸长区底部和凸缘区,分别达到20.00%和3.13%,温度与材料的等效应力峰值及应力分布不均匀性呈负相关,较低的冲压速度可以给材料变形提供充足的缓冲时间,有利于降低等效应力峰值和增厚率,压边间隙主要影响材料厚度变化情况而对材料主变形区等效应力的影响较小,仿真试验与物理试验制件的终态材料厚度分布趋势一致,凸模峰值载荷误差为0.94 kN,仿真试验结果与物理试验结果具有良好的一致性。

基于ASME B31G准则的油气管道腐蚀安全性评估

腐蚀是在役管道失效的最主要原因之一。腐蚀后的管道会造成局部减薄,使其局部承载力下降,一旦发生泄漏,极易发生火灾爆炸事故。采用通用的ASME B31G准则对管道进行腐蚀安全性评估,研究了不同级别管道的最大允许缺陷长度和最大安全运行压力,计算了不同腐蚀长度对管道安全性的影响,可以为管道维护策略和应急管理提供科学依据。

添加高熵合金粉末AZ31B镁合金/304不锈钢电阻点焊接头组织和力学性能

以FeCoNiCrMn高熵合金为中间层,获得高质量的AZ31B/不锈钢电阻点焊接头。分析过渡区与两侧母材的反应扩散行为,检测接头性能并优化焊接工艺。结果表明:包含FeCoNiCrMn颗粒的过渡区成功连接镁、钢两母材。镁合金侧界面主要是颗粒周围反应生成的Fe4Al13金属间化合物;而不锈钢侧边界主要由(Fe,Ni)固溶体和Fe4Al13金属间化合物两部分组成。拉剪载荷F随焊接电流I和焊接压力P的增加,焊接时间t的延长,呈现出先升高后降低的趋势,在18.2~22.5 kA,15~35周波,2.0~10.6 kN的实验工艺范围内,添加高熵合金镁/钢点焊接头拉剪载荷在3.2 kN以上,最大拉剪载荷为5.605 kN,相比未添加高熵合金镁/钢点焊接头拉剪载荷提高了397%。高熵合金过渡层形成了大量(Fe,Ni)固溶体,减少Fe4Al13脆性金属间化合物的生成,有效提高了接头的力学性能。

基于韧性断裂准则的AZ31B镁合金板材成形极限预测

结合损伤起始判据和损伤演化准则,建立了完整的韧性断裂准则,基于ABAQUS中韧性损伤材料模型对AZ31B镁合金板材成形极限进行了预测。通过拟合单向拉伸应力应变曲线得到材料本构模型及损伤演化参数,建立了板材的Nakazima半球形凸模胀形有限元仿真模型,再基于韧性断裂准则预测了AZ31B镁合金板材室温下的成形极限,并分析了不同板材断裂失效判据对成形极限的影响。研究结果表明,基于所建立的韧性断裂准则,并以损伤演化过程中应变路径转变作为断裂失效判据,可以较准确地预测镁合金板材成形极限,得到的成形极限图与实验结果吻合较好。

基于管道爆破试验对ASME B31G标准中相关参数的修正

ASME B31G标准是针对含体积缺陷压力管道进行剩余强度评价的标准。运用此标准对陕西靖边地区天然气集输站在役管道进行了剩余强度的计算,针对B31G标准计算的剩余强度相对水压爆破试验结果过于保守的问题,考虑到B31G标准的适用范围,从Mises等效应力和流变应力两个方面对B31G标准计算方法进行了修正。结果表明,修正后的评价结果更接近试验结果,降低了原标准的保守性,同时又能保证一定的安全裕度。

镁合金表面二氧化铈/硬脂酸超疏水涂层的制备及其耐蚀性

镁和镁合金的高化学活性以及氧化膜的疏松多孔导致镁合金的耐腐蚀性能较差。以AZ31B镁合金为基体,采用水热法在镁合金表面制备出二氧化铈/硬脂酸超疏水涂层,重点研究了水热反应温度和时间对涂层形貌及耐腐蚀性能的影响。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱(EDS)对镁合金表面涂层的相组成、微观形貌及元素组成进行测试,通过电化学测试来表征二氧化铈/硬脂酸超疏水涂层的耐腐蚀性能,利用超疏水测试检验涂层的疏水性。结果表明:当水热反应温度为120℃,反应时间为6h时,可以在镁合金表面制备出均匀的涂层,该涂层由大量细小球形颗粒紧密连接而成,涂层致密完整,厚度约为13μm,涂层主要组成相为CeO_(2)。电化学测试结果表明:与空白镁合金基体相比,二氧化铈/硬脂酸复合涂层的腐蚀电流密度为5.36×10^(-6)A·cm^(-2),降低了一个数量级,且其电化学容抗弧直径明显增大,说明该涂层可以显著提高镁合金基体的耐腐蚀性能。同时,该涂层还具有较好的超疏水性,水滴静态接触角达161°。

AA2195-AZ31B搅拌摩擦焊温度与残余应力场的数值模拟

针对AA2195铝锂合金和AZ31B镁合金,基于耦合欧拉拉格朗日(coupled eulerian-lagrangian,CEL)方法,结合有限元分析软件Abaqus,建立了搅拌摩擦焊对接过程的有限元模型。同时,对焊接过程中的动态温度场及焊后残余应力场的分布进行了研究。结果表明:焊缝区域应力以纵向应力为主,最大残余应力在AA2195铝锂合金侧。垂直于焊缝的截面纵向应力呈“M”形分布,最大值约为220 MPa,双峰之间存在倒“V”形。焊接过程中温度变化趋势与应力循环曲线负相关。此外,针对2 mm厚的AA2195铝锂合金和AZ31B镁合金板材进行了搅拌摩擦焊试验,用盲孔法对焊后残余应力进行测试,验证了模型的准确性。

钠盐缓蚀剂对镁合金电极电化学性能的影响探究

采用交流阻抗和电化学恒流放电的方法,探究了不同浓度的钠盐缓蚀剂对AZ31B镁合金在硝酸钾与硝酸钠复合电解液中的耐蚀性和放电行为的影响。实验结果表明,综合考虑阻抗和放电行为,NaHCO_(3)的最佳浓度为5 mmol/L,(NaPO_(3))_(6)最佳浓度为2 mmol/L。Na_(2)SiO_(3)·9H_(2)O最佳添加浓度为1 mmol/L,此时的滞后时间最短(0.2 s),激活电位为-2.4 V,极化电阻达到了72 kΩ,耐蚀性也较好。因此,Na_(2)SiO_(3)·9H_(2)O为更优异的缓蚀剂。