[发明专利]滚珠自紧法

说明书

技术领域

本发明涉及一种增加具有管状内部空间的金属部件的动态压力阻 力或交变的弯曲强度的方法，该金属部件具体而言为金属管部件、配 件及其它的压力承受部件。本发明还涉及按照该方法制造的部件。

背景技术

压力承受管及其它部件被应用于许多技术领域，例如高压技术和 化学工业。静压负载(保持相同)和动态压力负载(交替或脉动的)之间存 在区别。在许多应用中，压力承受部件频繁地处于交替压力负载或脉 动压力负载，该交替压力负载或脉动压力负载根据负载程度导致部件 不同程度地快速失效。有关负载的影响值例如为压力集中度、压力逆 变交替的频率以及压力Δ(最大压力和最小压力之差)。在这种情况下， 独立部件的动态压力阻力或使用寿命远远小于将承受静压负载的管 道、管或部件所达到的动态压阻力或使用寿命。

部件的静压阻力尤其取决于材料的机械特性，例如屈服强度 (Rp_0.2)和抗拉强度(R_m)。动态压力阻力由其它参数确定，例如材 料的延展性(破裂伸长率A)、管壁内初裂的深度、纯度、以及微观 结构。

由于临界裂缝的生长，例如从管的内表面到其外表面，所以会出 现因动态负载而造成管或其它部件的失效。在这种情况下，会由于局 部应力集中而出现裂缝，例如在金属间夹杂物处，或者已存在的初裂 将进一步扩展。因此，处于动态负载下的管或另一部件的使用寿命尤 其取决于每个压力波的裂缝扩展大小和材料厚度。

为延长处于给定负载集中度下的部件的动态使用寿命，在材料的 制造过程中最优化上述影响因素和/或使用诸多方法，例如自紧法，用 以随后改善某些材料性质。

自紧法是指以高压技术增加部件的疲劳强度的方法。在这种情况 下，使得管道、管及其它部件一次性承受计算出的破裂压力的大约80％ 且仅维持几秒钟，也就是说，该压力远在计算出的静态工作压力之上。 在该负载下，材料中出现的微塑性流(microplastic flow)大于材料的屈服 强度或弹性极限，且剩余的压缩应力出现在材料物质中。当该部件解 除负载时，那些残余应力保留在材料中，并防止或减少初裂的扩展。 由于自紧法仅仅非物质地影响自紧材料的机械特性，因此，其几乎不 会影响管或部件的静压阻力，但会影响动态压力阻力。

自紧法的缺陷在于该方法在将要自紧的部件的所需压力和静压载 荷能力方面具有局限性。在某些情况或对于某些特定材料而言，为实 现部件中令人满意的结果，通过运算必须产生超过15,000巴的压力， 例如18,000巴和22,000巴之间的压力，而该结果仅能通过安装技术以 极其复杂和极高费用为成本来实现，或者说目前根本不能实现。此外， 由于不能根据部件破裂需要来增大自紧压力，因此，限制了可局部产 生的残余压缩应力的水平。因而，自紧法在技术上具有局限性，且不 能为多数材料提供完全基于运算所需要的压力，而且该方法也极其消 耗和浪费成本。

发明内容

发明目的

因此，需要一种增加动态压力阻力或延长用于高压用途的部件的 使用寿命的方法，其中，克服了根据现有技术自紧法的已知缺陷和局 限性。

发明描述

通过增加具有管状内部空间的金属部件的动态压力阻力的方法来 实现上述目的，在该方法中，在高压下将硬金属滚珠强制地通过该管 状内部空间的内部，其中，该硬金属滚珠的直径大于在硬金属滚珠被 强制通过管状内部空间之前该管状内部空间的内径。

根据本发明的方法较之用于上述目的的自紧法具有一系列优点：

a)将硬金属滚珠移动通过管状内部空间内部所需的压力远小于在 自紧法中所施加的压力。本发明的方法在安装技术方面具有诸多优点， 其为用于产生极高压力的设备节省了大量成本，且这些压力不需要接 近金属的负载极限，而这些对自紧法来说却成为问题。

b)在根据本发明的方法中，部分或完全地去除了出现于管状内部 空间内壁上的表面裂缝，由此明显地减小在高压操作中形成裂缝以及 裂缝扩展的风险。

c)由根据本发明的方法在材料中产生的残余压缩应力与自紧法相 比具有相同或更好的积极效果。

d)另外，根据本发明的方法提供用于矫正在制造过程中出现的部 件的管状内部空间内径的波动。

e)此外，管状内部空间的内壁通过根据本发明的方法而变得光滑， 因此，内壁的表面糙度明显减小，这对于需要部件内流动特性的诸多 应用是非常有利的。