不锈钢厚壁管装配中的干涉改善了变形引起的局部应力变化

2020-06-10 14:14:34

因为主要因素是在不锈钢厚壁管中引入残余应力，所以已经发现过盈配合有利于疲劳寿命。然而，这个问题涉及的问题比正常变形引起的残余压应力更广泛。为了理解这一益处的本质，将考虑这一过程的几种特殊应用。

锥形紧固件的使用方法是提高不锈钢厚壁管抗疲劳性能的专利装置。在这个过程中，一个给定直径的销被压入两个不锈钢零件中的一个较小的孔中，以使其拧紧并产生标准流量。如果拔出销，残余压应力将留在316L不锈钢管匹配零件中，就像喷丸或滚花造成的正常流变一样。然而，为了起到紧固的作用，销保留在结构中；销和构件之间的压力没有消除。然而，当最初制造时，结构中的残余应力是拉伸应力。

在这种情况下，即使是拉伸预应力也是有益的。所涉及的机制类似于使用不锈钢螺栓将两个零件联固定在一起，尤其是当不锈钢厚壁管的硬度远低于组件的其余部分时。当组件使不锈钢管承受轴向载荷时，螺栓载荷不会增加，直到载荷应力超过预应力。因此，预应力具有减小应力范围的作用，而对最大应力的影响相对较小，从而提高了大直径不锈钢管的疲劳寿命。这个问题316L不锈钢无缝管确实非常复杂，需要仔细分析，以考虑变形引起的局部应力变化。然而，从质量上不难看出，由于以下四个因素的结合，过盈装配可以改善不锈钢厚壁管的疲劳性能：

1.与空孔相比(自然，在大多数情况下，没有不锈钢厚壁管就没有空孔)，真正的孔本身降低了局部应力和应变；

2.孔附近不锈钢材料的冷加工硬化可以提高关键区域不锈钢厚壁管的强度；

3.减小已知外部载荷的应力范围；

4.残余压应力的引入。

不锈钢厚壁管对加工后成品零件疲劳寿命的影响。可以看出，尽管由于过盈配合，疲劳寿命显著增加，但是增加过盈量超过一定限度将不再导致不锈钢厚壁管寿命的增加。疲劳现象是上述因素复杂作用的反映。普通不锈钢厚壁钢管和带孔厚壁不锈钢管的疲劳性能。可以看出，与空孔相比，简单地填充孔可以显著提高疲劳寿命。然而，不锈钢厚壁管可以进一步提高使用寿命。当然，这个数字并不反映通过组件中的螺栓从一个不锈钢厚壁管到另一个不锈钢厚壁管的负荷转移的效果，但是它指出厚壁钢管在某些条件下是有利的。

另一种用于提高抗疲劳性的过盈配合不锈钢厚壁管据报道是一种“正弦紧固件”。指示此紧固件的几何形状。整个截面为修正的正弦波形。当螺距为1/16时，从波峰到波谷的高度为0.03。紧固件用于将组装好的件联固定在一起，并且组装部件的孔小于螺栓的外径，因此在组装过程中需要强制组装。据说，以这种方式使用的力比直边过盈配合不锈钢厚壁管的力低得多，因为尽管接触面积有限，但在接触表面附近不锈钢厚壁管仍有变形的空间。此外，结构孔的尺寸公差并不十分重要，并且在组合中不易刮伤或咬合，从而提高不锈钢厚壁管的抗疲劳性。

带孔不锈钢厚壁管的疲劳试验结果。可以看出，如果将相同的不锈钢厚壁钢管不压配合装入孔中，使用寿命将增加约3倍。然而，安装在孔中的干涉配合正弦紧固件的疲劳寿命将增加