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運載火箭的耐高溫不銹鋼管

運載火箭的耐高溫不銹鋼管      針對某型運載火箭液氧貯箱氧自生增壓用不銹鋼管道的安全性,進行了分析與試驗研究。通過機理分析,認為管道系統中存在的多余物是影響系統安全的主要因素之一。設計了一套摻雜高溫氧氣流安全性試驗系統,為確保試驗系統安全,采用水浴換熱器對氧氣加熱,并在高溫氧氣流進入試驗件前摻入雜質顆粒。氧自身增壓管道試驗件入口溫度范圍為380~410 K,入口壓力為1 MPa。多余物顆粒為增壓管道中常有的5種金屬材料,粒徑范圍10~500μm。搭建了試驗系統,并開展了兩輪時長為400 s的高溫氧氣流摻雜試驗。試驗結果表明,不銹鋼管道可以適應運載火箭氧自生增壓系統工況,受控狀態下摻入少許金屬顆粒的高溫氧氣流不會造成管道燒蝕或燃爆事故。試驗表明,采用水浴加熱方式可以安全地獲得高溫氧氣流,可為類似系統借鑒。 雙相不銹鋼焊接的最大特點是焊接熱循環對焊接接頭組織的影響,因此,有必要開展對SAF2205雙相不銹鋼管道焊接工藝的研究,設計并評定最佳焊接工藝參數,保證焊接接頭具有良好的力學性能和抗腐蝕性能。同時在焊接過程有可能出現焊接接頭組織性能劣化及產生缺陷,因此在“合于使用”原則的指導下,采用SINTAP標準對管道結構進行安全評定,為結構的安全使用提供保證。所以,開展對SAF2205雙相不銹鋼管道焊接質量的控制和安全評定,無疑具有重要的學術價值和現實意義。本文針對SAF2205雙相不銹鋼管道進行了兩種焊接工藝的設計,以焊接接頭具有最佳相比例(鐵素體的含量約為50%)為指導原則,從大量的焊接工藝參數試驗結果中篩選出最佳的焊接工藝參數,并對它進行了重復性驗證試驗,最終得到滿足相比例的兩種焊接工藝。但研究也發現相比例并不是評定雙相不銹鋼焊接接頭綜合性能的唯一標準,還需考慮顯微組織的微觀形態等因素。首次建立了雙相不銹鋼管道全位置焊接移動熱源的三維有限元計算模型,以瞬態溫度場分析為基礎,利用ANSYS程序進行了焊接殘余應力的熱彈塑性分析。三維有限元計算結果表明:在管道接頭內表面的焊縫及近縫區的軸向和環向殘余應力均為拉應力,隨著離開焊縫距離的增加,由拉應力逐漸過渡為壓應力。在管道接頭外表面焊縫中心處的軸向殘余應力為壓應力,而環向殘余應力為拉應力。由于5G全位置的焊接工藝,從環向位置上的應力變化規律可以看出正半周和負半周的應力分布具有明顯的對稱性。采用盲孔法實測值與三維有限元計算結果分布規律基本一致。采用歐共體提出的結構完整性評定方法SINTAP對焊接接頭焊趾處的表面裂紋進行了安全評定,在給定原始裂紋尺寸及載荷條件下,評定點均落在評定曲線定義的范圍內,說明該結構在給定受載情況下可以安全使用。


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