含軸向穿透裂紋Q345R 圓筒的斷裂力學評定

國金蓮，李琪，唐卉，石乾宇

（哈爾濱鍋爐廠有限責任公司，哈爾濱 150046）

承壓設備在使用之初或在服役以后難免出現缺陷，對于存在缺陷的承壓設備已經不能采用傳統的強度理論進行評價，而需要根據以斷裂力學為基礎的方法進行評價。從20 世紀70 年代起，許多國家相繼頒布了評定承壓設備缺陷相關規范，并廣泛應用于工程實踐中，與此同時，斷裂力學的迅速發展也使這些規范不斷地修訂和完善，所采用的方法已經從以線彈性斷裂理論為基礎的評定方法發展到以彈塑性斷裂理論為基礎的COD 設計曲線法、J積分工程估算法及雙判據失效評定法（FAD），基于彈塑性斷裂理論的承壓設備缺陷評定方法已經在國內外標準中得到廣泛應用[1]。

某電廠除氧設備在運行中出現了約200 mm 長的軸向穿透裂紋，內部為高溫汽水介質。由于電廠負荷要求暫不能停機維修，因此需要對該設備的安全性進行評定，本文首先根據GB/T 19624—2019[2]中的FAD 方法對裂紋進行評定，其次采用彈塑性有限元方法計算裂紋尖端的J積分，與運行溫度下Q345R 的斷裂韌性進行比較，綜合評估該軸向裂紋的安全性。

1 FAD 評定

FAD 評定方法以裂紋張開位移理論為基礎，最早在英國R6 規范中應用[3]，失效評定圖見圖1，其縱坐標Kr代表結構對脆性斷裂的阻力，具體指施加載荷作用下的應力強度因子與以應力強度因子表示的材料斷裂韌性的比值，橫坐標Lr代表結構對塑性失穩的阻力，具體指引起一次應力的施加載荷與塑性屈服極限載荷的比值，表示載荷接近于材料塑性屈服極限載荷的程度。……