(一) 什么是高压自增强？ 

高压自增强是一种技术，用于管状金属部件，通过施加巨大的内部压力使部件的部分区域发生塑性屈服，一旦释放压力，就会产生内部的压缩残余应力。

高压自增强的目标是通过在材料中引入残余的压缩应力来增加最终产品的耐久性。

高压自增强过程用于通过向容器/管道的内层施加永久性压缩来改变容器/管道的内表面。

凭借我们专业的设备和丰富的高压经验，Maximator可以协助您完成各种规模的高压自增强项目。

(二) 自增强应用

自增强过程在各个行业广泛应用，用于增加先进工业、汽车、航空航天和国防系统部件的工作压力。自增强过程的应用是为了改善零件的疲劳寿命。这种技术通常用于制造高压泵缸、柴油发动机的燃油喷射系统，以及油气井中的管状部件。

(三) 自增强的工作原理

自增强是通过使高压承载元件的材料壁厚的一部分产生塑性变形，当施加的压力被移除时，在产品的内壁表面产生有益的压缩应力。基本上，自增强的工作方式类似于在其外周上放置一个带夹紧器的压力承载元件，从而最小化或消除压力容器内径受到压力脉动的负面影响。通常，裂纹往往会从内壁表面上最大的应力集中区或最大的缺陷处开始产生。唯一不符合这种情况的情形是当带有残余拉应力的大应力集中区位于零件外围时。以下图形说明了这个过程的两个步骤。在第一步中，对零件施加非常高的压力。最内部的孔壁往往会经历小的塑性变形；而受应力较小的外壁将弹性膨胀。在第二步中释放压力时，零件外壁的弹性应力会克服孔内较少的材料，并产生一个在内表面最大的压缩环向应力。甚至可以使整个承载压力部件的壁都发生塑性变形，仍然在孔内施加大量有益的压缩应力。经过自增强处理和未经处理的零件之间几乎没有可测量的尺寸差异。

(四) 自增强如何提高压力疲劳寿命？得益于自增强的两个有益机制。

首先，存在一个受阻或减缓裂纹起始阶段。在大多数情况下，由于在峰值压力时孔内缺乏足够的拉应力环向应力，裂纹通常不会发展。在某些情况下，已经发展的裂纹（或充当裂纹的缺陷）可能会在重复循环压力加载中被阻止并不再增长。 其次，通过自增强，压力容器的孔经历交替应力和叠加的平均压缩应力。这意味着允许的脉动压力可以接近其最大潜力。在没有自增强的情况下，零件暴露于逐周期降至零的循环压力时，交替应力将等于平均应力。第二种情况不利于疲劳寿命。在下图所示的受可接受的疲劳寿命的古德曼图上比较这两种情况。 正确应用自增强可以使循环承载能力提高30%至200%，具体取决于初始应力集中区和产品表面处理。从另一个角度看，压力承载能力的增加相当于在给定压力水平下获得多个数量级的操作周期。

在工作压力下，零件内部的应力不再在0和最大值之间波动，而是从0以下的压力区开始，并在较低的最大值结束。

裂纹将传播到一定长度，然后会被内部应力阻止，这些内部应力存在于压力壁内，内部应力会“压”裂纹。

(五) 如何进行自增强？

开始的最佳方式是与自增强领域的专家合作，如Maximator，开发一种简单、低成本的自增强方法，以快速轻松地最大限度地提高产品的压力疲劳寿命。Maximator可以在这方面提供帮助，与您的工程师合作，帮助制定改进产品的最佳策略。首要关注点是“我应该使用什么自增强压力”？这个问题的答案很复杂，但可以相对简单地回答。一般来说，更高的压力提供更大的好处，但设计师需要谨慎，避免施加足以导致静态破裂的压力。第二个关注点是消除在产品正常使用寿命期间安装时可能对密封件造成的任何变形。自增强应该使用设计为在除了上述位置之外的其他位置密封的配件，或者它们应该将负载分散到更大的区域，以最小化任何不希望的变形。在某些情况下，产品设计可能会受到影响。

(六) 为什么选择自增强 - 自增强的好处有哪些？

1. 首先，阻止或延缓裂纹产生。在大多数情况下，在峰值压力时，由于孔内缺乏足够的拉应力环向应力，裂纹通常不会发展。有时，已经发展的裂纹（或充当裂纹的缺陷）可能会在重复循环压力加载中被阻止，并不再继续增长。

2. 其次，通过自增强，压力容器的内壁经历交替应力和叠加的平均压缩应力。这意味着允许的振荡压力可以接近其最大潜力。在没有自增强的情况下，零件暴露于周期降至零的循环压力时，交替应力将等于平均应力。第二种情况不利于疲劳寿命。通过在图中比较这两种情况的古德曼图，可以确定可接受的疲劳寿命。

3. 零件的使用寿命可以延长。

4. 自增强后，自增强的零件能够承受的工作压力增加（即在没有故障的情况下能够承受的压力）。例如，管道的承受能力可提高1.8倍，而带有横向孔的零件的承受能力可提高2.5倍。

5. 缺口的敏感性显著降低。

6. 如果工作压力保持不变，壁厚可以减小，既节约成本和重量，又可以使用更便宜的替代材料。在指定了成本更高、强度更高和/或含杂质水平更低的材料的情况下，通常可以通过简单、适当的自增强程序，使用商业上更易获得且成本更低的材料，在给定的压力循环应用中更具耐用性。

7. 存在增加工作压力的可能性。

8. 在特殊情况下，可减少或有时取消孔和表面的精加工。

9. 自增强可以更好地利用材料的结构特性。

10. 自增强过程可以减少压力脉动应用中的疲劳问题。估计自增强后处理可以使具有较厚壁厚的管道在面对脉动压力峰值时的承受能力提高1.8倍。这使工程师有余地可以减少壁厚而不会降低性能。

11. 自增强的另一个好处是最小化粗糙表面对压力疲劳寿命的影响。每位工程师都知道产品的粗糙表面对疲劳寿命的有害影响。自增强能够产生比加工或其他形成的内径表面最坏缺陷更深的残余压缩应力。这可以导致表面对疲劳寿命几乎没有或没有负面影响。

12. 在涉及到横截面、横孔或不规则内径特征的变化时，可能会对压力疲劳寿命造成严重问题。自增强可以成功消除许多这些不可避免问题。