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冷战结束后,由于东西方的军事对峙趋缓及全球性的经济不景气,各国的国防经费都遭到大幅度缩减,使大多数的军用飞机都需要延长使用年限,如此虽然可节省采购新机的花费,但老飞机结构上令人头痛的疲劳与腐蚀,则是延长服役期限时必须严肃以对的课题。 1 前言 东西方冷战时期,西方军用飞机的设计使用年限通常是20年到30年,为了维持对苏联的军事优势,这些军用飞机在到达使用年限后都会予以退役,但自1991年苏联瓦解后,双方的军事对峙一夜之间骤然消失,维持军事优势已无必要性,加上本世纪初的全球性经济不景气,国防经费遭到大幅度删减,使得许多的军用飞机在到达使用年限后仍然得继续服役,部分机型的服役时间甚至高达50年以上。 B-52“同温层堡垒”(Stratofortress)轰炸机是冷战时期美国的核轰炸主力,后一架B-52H于1962年出厂,原本预定在服役30年后的1992年退役,如今美国空军决定该机得继续服役到2040年,届时服役时间将逼近80岁,堪称是爷爷级的古董机。而于1961年进入美国空军服役的T-38“禽爪”(Talon)喷气教练机,原设计服役寿命为7,000飞行小时,但经过数次性能延长服役寿命后,在2013年时的实际飞行时数已达15,000飞行小时,等到预计的2026年退役时,实际飞行时数将达23,000小时,为原本设计值的3倍多。 T-38在1997~2001年的世纪之交更换了全新机翼,老机得以开新花 延长飞机使用年限固然可以省下采购新飞机的经费,但伴随着飞机使用时间的增加,飞机结构的疲劳(fatigue)及腐蚀(corrosion)问题也会随之一一浮现。根据一份1997年发表的研究报告,从1954年到1995年这40年间,全球共约发生2,800次飞机失事,其中由于结构问题导致的有67件,原因及百分比为︰其它及设计不良各占10.4%、维修不良占7.5%、超负荷(overload)占28.4%、疲劳及腐蚀占百分之43.2%。结构问题中疲劳及腐蚀危害烈,几乎占了一半,可见要维持老飞机的飞行,必须对结构疲劳及腐蚀有正确的认知及处置,而这也是目前各国空军现正面对的首要课题。 结构疲劳破坏典型破断面 2 疲劳 疲劳是指在低于材料极限强度(ultimate strength)的应力(stress)长期反复作用下,导致结构终于破坏的一种现象。由于总是发生在结构应力远低于设计容许应力的情况下,因此常能躲过一般人的注意而不被发觉,这也是疲劳危险的地方。 材料在承受反复应力的作用过程中,每一次的应力作用称为一个应力周期(cycle),此周期内的材料受力状态,由原本的无应力先到达正应力(拉伸应力),然后到达负应力(压缩应力),后回到无应力状态。在此受力过程中,每一个应力周期所经历的时间长短(即︰频率)与疲劳关系甚微,应力周期的振幅及累积次数才是决定疲劳破坏发生的时机;另外,压缩应力不会造成疲劳破坏,拉伸应力才是疲劳破坏的主因。 材料承受反复应力的作用过程 疲劳破坏大致分为两类︰低周期疲劳(low cycle fatigue)及高周期疲劳(high cycle fatigue)。一般而言,发生疲劳破坏时的应力周期次数少于十万次者,称为低周期疲劳;高于此次数者,称为高周期疲劳。低周期疲劳的作用应力较大,经常伴随着结构的塑性变形(plastic deformation);高周期疲劳的作用应力较小,结构变形通常维持在弹性(elastic)范围内,所以不致有变形。 材料疲劳破坏的进程分为三阶段︰裂纹初始(crack initiation)、裂纹成长(crack growth)、强制破坏(rupture)。材料表面瑕疵或是几何形状不连续处,材料晶格(lattice)在外力作用下沿结晶面(crystallography plane)相互滑移(slip),形成不可逆的差排(dislocation)移动,在张力及压力交替作用下,于材料表面形成外凸(extrusion)及内凹(intrusion),造成初始裂纹。这些初始裂纹在多次应力周期的拉伸应力连续拉扯下逐渐成长,并使材料承载面积缩减,降低材料的承载能力。当裂纹成长到临界长度(critical length)时,材料净承载面积下的应力已超过材料的极限强度,此时的材料强制破坏也就无法避免了。 飞机结构的疲劳破坏常发生于几何形状不连续处,因此在维护延长服役年限的老飞机时,对一些几何面积变化较大的位置,如︰R角、铆钉孔边……,都得特别留意。比较麻烦的是有些结构件在原本的设计负载下,预期使用期间不会有疲劳破坏的顾虑,因此未留下检查进手空间,或是结构需大部拆解后才有办法检查,这些位置在延长服役期间如果未能检查,就会有相当的潜在飞行风险。 3 腐蚀 腐蚀是个存在已久的老问题,亚热带高温潮湿的环境更有利于腐蚀的发生。本质上,腐蚀是个无法避免的过程,只能以适当的处置来延缓其发生或降低带来的损害,明白了常见的腐蚀及其或处置方式,对飞行或节省维修经费,都会有莫大的帮助。 广义来说,腐蚀是指材料受到环境介值预期外的侵袭所造成的材料性质退化。不论是金属、聚合物(polymer)、或陶瓷(ceramic)……皆难逃腐蚀。这是因为在自然界里,材料以矿石中硫化物(sulfide)或氧化物(oxide)型态存在的情况稳定,一旦经由各种精炼过程成为纯物质或合成物质的型态,就成为不稳定状态,而腐蚀就是材料恢复稳定的一种方式。例如:自然界的铁是以氧化铁的形式存在于矿石中,经过提炼之后成为纯铁或合金钢,但在岁月的侵袭下,终究会恢复到生锈的氧化铁。 一般人都有个错误的观念,认为腐蚀与空气湿度有直接的关系,因此潮湿的东南亚地区较容易发生腐蚀,而干燥的北美或欧洲大陆,则较不会有腐蚀的困扰。事实上,腐蚀的发生与空气湿度(Absolute Humidity)关系甚微,与空气相对湿度(Relative Humidity)则密不可分。此处的空气湿度就是一般人所认知的空气湿度,它是指在某一温度下,空气中所含的水蒸气含量;而空气相对湿度则是指在某一温度下,空气中的水蒸气含量与该温度下空气所能容纳的水蒸气含量之比值。当空气相对湿度到达某一临界值(Threshold)时,水蒸气会在金属表面形成水膜,促使电化学(electrochemical)反应发生,进而加快腐蚀速率,因此东南亚地区的年平均空气湿度固然高于北美或欧洲大陆地区,但两地区的年平均空气相对湿度则未必一定如此,事实上,全球大部分地区的年平均空气相对湿度大约都在70%到80%之间,换言之,不论是东南亚地区或是大陆型气候的美国,都会遭遇到相同程度的腐蚀问题。
双相钢 S31803/S2205不锈钢管 锅炉热交换器管 (厂家) 不锈钢换热器管规格尺寸: 材料名称:外径 x 壁厚 无缝管:10.0~88.9 x 1.0~6.0mm 焊接管:12.7~76.2 x 0.5~3.05mm 关于换热器管主要生产标准有如下几种: ASME SA213/SA213M《锅炉、过热器和换热器用无缝铁素体和奥氏体合金钢管子》; ASME SA688/SA688M 《给水加热器用焊接奥氏体不锈钢管》 ASME SA789/SA789M 《一般用途用无缝和焊接铁素体/奥氏体不锈钢管子》 ASME SA249/SA249M《锅炉、过热器、换热器和冷凝器用焊接奥氏体钢管子》 GB13296-91 《锅炉、热交换器用不锈钢无缝管》
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09Cr17Ni5Mo3N,UNS S35000,633 沉淀硬化不锈钢 633是沉淀硬化型不锈钢,可根据需要进行低温热处理而获得不同等级的强度,用于要求高强度和优异焊接性以及耐腐蚀的场合。 ①耐腐蚀性优于其他可淬火硬化的马氏体不锈钢,在大多数介质中,其耐腐蚀性能与316型不锈钢相当。 ②高强度。根据国标规范进行热处理之后,可获得≥36HRC或≥42HRC的硬度。 ③比其他可沉淀硬化的不锈钢更容易焊接,可通过传统的惰性气体方法进行焊接。 应用场合 633通常用于1000°F(537℃)以下,需要强度和良好耐腐蚀性的场合,例如用于燃气轮机压缩机部件(叶片、盘、转子和轴),以及在室温和中温下需要高强度的类似部件;精密密封、半导体加工设备的联轴器以及高真空系统;航空航天中需要高强度的边缘焊接波纹管应用等。
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