第三章壓力容器缺陷與破壞形式

第三章壓力容器缺陷與破壞形式壓力容器常見的缺陷壓力容器破裂形式分析主要內(nèi)容壓力容器的常見缺陷3.1壓力容器制造過程中產(chǎn)生的缺陷3.2壓力容器使用過程中產(chǎn)生的缺陷3.2壓力容器使用過程中產(chǎn)生的缺陷

一、腐蝕腐蝕是壓力容器在使用過程中最容易產(chǎn)生的一種缺陷。從產(chǎn)生部位來說，可以分為均勻腐蝕和局部腐蝕。從腐蝕機(jī)理來說，腐蝕可以分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩大類。由于金屬與所接觸的氣體或液體介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所造成的腐蝕，即化學(xué)腐蝕。金屬與電解質(zhì)相互作用使金屬陽極部位溶解損傷的現(xiàn)象，叫電化學(xué)腐蝕，即伴有微電流現(xiàn)象的化學(xué)腐蝕。壓力容器運(yùn)行中經(jīng)常產(chǎn)生的腐蝕有腐蝕性介質(zhì)引起均勻和局部腐蝕、應(yīng)力腐蝕、疲勞腐蝕、氫脆腐蝕等。

二、裂紋裂紋常常是導(dǎo)致壓力容器爆炸或爆破，造成極其嚴(yán)重后果的一種危險(xiǎn)性缺陷。壓力容器承壓部件的裂紋，按其產(chǎn)生原因可以分為原材料裂紋、焊接裂紋、過載裂紋、疲勞裂紋、熱應(yīng)力裂紋、熱疲勞裂紋、蠕變裂紋、腐蝕裂紋等。不同裂紋產(chǎn)生的部位不同,并具有不同的形貌。

3.3壓力容器破裂形式分析

應(yīng)力分析

是否超過強(qiáng)度極限

安全

失

效

否

是

塑性變形

殼體破裂

應(yīng)力分析是壓力容器安全問題的基礎(chǔ)?！笆А笔侵笁毫θ萜鞯某袎翰考捎诔惺苓^高的載荷，包括壓力、溫度或其他附加載荷，而喪失設(shè)計(jì)的正常工作能力。3.3壓力容器破裂形式分析破裂機(jī)理預(yù)防措施產(chǎn)生原因主要特征分析思路按金屬材料破裂的現(xiàn)象韌性破裂脆性破裂按破裂面對外力的取向正斷切斷按裂紋發(fā)展和擴(kuò)張途徑穿晶破裂晶間破裂破裂形式分類疲勞破裂腐蝕破裂蠕變破裂3.3壓力容器破裂形式分析一、韌性破裂

韌性破裂是壓力容器在內(nèi)部壓力作用下，器壁上產(chǎn)生的應(yīng)力達(dá)到器壁材料的強(qiáng)度極限，從而發(fā)生斷裂破壞的一種形式。1.韌性破裂的機(jī)理一、韌性破裂彈性變形階段彈塑性變形階段斷裂階段2.韌性破裂的特征一、韌性破裂破裂容器器壁有明顯的伸長變形斷口呈暗灰色纖維狀容器一般不是碎裂容器實(shí)際爆破壓力接近計(jì)算爆破壓力一、韌性破裂一、韌性破裂3.韌性破裂的原因一、韌性破裂液化氣體容器充裝過量容器在使用中超壓容器維護(hù)不良以致器壁減薄4.韌性破裂的預(yù)防設(shè)計(jì)時(shí)選用足夠強(qiáng)度和厚度的材料按核定工藝參數(shù)運(yùn)行，安全附件齊全防止超溫、超壓、超負(fù)荷運(yùn)行加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)，防止發(fā)生腐蝕二、脆性破裂

脆性破裂指壓力容器在破裂時(shí)沒有顯著的塑性變形，破裂時(shí)器壁的壓力也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料的強(qiáng)度極限，有的甚至還低于材料的屈服極限。1.脆性破裂的機(jī)理二、脆性破裂開裂階段裂紋擴(kuò)展階段

發(fā)生低應(yīng)力脆性破裂的必須條件有：容器本身存在缺陷或幾何形狀發(fā)生變化；存在一定的水平應(yīng)力；材料韌性較差。脆性斷裂總是由宏觀裂紋的擴(kuò)展引起的。2.脆性破裂的特征二、脆性破裂破裂容器器壁沒有明顯的伸長變形裂口齊平、斷口呈金屬光澤的結(jié)晶狀容器常破裂成碎塊破裂事故多數(shù)在溫度較低的情況下發(fā)生二、脆性破裂3.脆性破裂的原因二、脆性破裂溫度

因?yàn)殇撛诘蜏叵禄蛟谀骋惶囟囟确秶鷥?nèi)其沖擊韌性將急劇下降。裂紋性缺陷

壓力容器受壓元件一旦產(chǎn)生裂紋，其尖端前緣產(chǎn)生很高的應(yīng)力峰值，且應(yīng)力狀態(tài)也發(fā)生變化。4.脆性破裂的預(yù)防二、脆性破裂減少部件結(jié)構(gòu)及焊縫的應(yīng)力集中部件材料在使用條件下要具有較好的韌性消除殘余應(yīng)力加強(qiáng)對部件缺陷的檢驗(yàn)兩種破裂形式對比

破裂特征破裂形式塑性變形斷口形貌破壞形式應(yīng)力狀態(tài)韌性破裂明顯斷口不齊平，暗灰色纖維狀撕裂達(dá)到強(qiáng)度極限脆性破裂不明顯斷口齊平，呈金屬光澤的結(jié)晶狀裂成碎片低于屈服極限表4-1兩種形式破裂特征對比三、疲勞破裂

疲勞破裂指壓力容器在反復(fù)加壓和卸壓過程中受到交變載荷的長期作用，沒有經(jīng)過明顯的塑性變形而導(dǎo)致容器斷裂的一種破裂形式。1.疲勞破裂的機(jī)理三、疲勞破裂循環(huán)次數(shù)最大交變應(yīng)力圖4-1金屬的疲勞曲線1.疲勞破裂的機(jī)理三、疲勞破裂疲勞裂紋核心的產(chǎn)生疲勞裂紋的擴(kuò)展

金屬疲勞斷口疲勞裂紋產(chǎn)生與擴(kuò)展區(qū)，象貝殼一樣的同心弧線花紋最后斷裂區(qū)，與靜載荷下帶有尖銳缺口的構(gòu)件斷口相似金屬疲勞斷裂的過程表面、晶界及非金屬夾雜物處滑移

同一疲勞斷口，一般都有明顯的光滑區(qū)域和顆粒狀區(qū)域。光滑區(qū)域顆粒狀區(qū)域疲勞失效特征1.疲勞破裂的機(jī)理三、疲勞破裂低應(yīng)力高周疲勞高應(yīng)力低周疲勞循環(huán)周次在105以上，外載超過材料的彈性應(yīng)力極限值應(yīng)力水平較高，交變周次在102～1052.

疲勞破裂的特征三、疲勞破裂容器沒有明顯的變形破裂斷口存在兩個(gè)區(qū)域容器常因開裂泄漏而失效破裂總是在容器經(jīng)過反復(fù)的加壓和卸壓以后發(fā)生3.疲勞破裂的原因三、疲勞破裂內(nèi)部因素

例如，容器的接管、開孔、轉(zhuǎn)角以及其他幾何形狀不連接處，在焊縫附近以及鋼板原有缺陷的應(yīng)力集中外部因素

間歇式操作的容器，器內(nèi)壓力、溫度波動較大，振動；外界的風(fēng)、雪、雨、地震造成的周期性外載荷局部高應(yīng)力區(qū)反復(fù)交變載荷4.疲勞破裂的預(yù)防制造質(zhì)量應(yīng)符合要求，避免先天性缺陷安裝中要防止外來載荷源的影響正確操作，減少升壓、降壓的次數(shù)，防止壓力溫度波動過大制造前做疲勞設(shè)計(jì)三、疲勞破裂四、腐蝕破裂

腐蝕破裂指壓力容器在腐蝕性介質(zhì)作用下，引起容器壁由厚變薄或材料組織結(jié)構(gòu)改變、力學(xué)性能降低，使壓力容器承載能力不夠而發(fā)生的破壞形式。按腐蝕破壞形態(tài)分均勻腐蝕局部腐蝕（孔蝕）按腐蝕機(jī)理分化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕按腐蝕環(huán)境分介質(zhì)腐蝕海水腐蝕腐蝕破裂分類晶間腐蝕應(yīng)力腐蝕氫損傷土壤腐蝕1.腐蝕破裂的機(jī)理化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕

容器金屬與周圍介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的金屬腐蝕。高溫氧化、高溫硫化、鋼的滲碳與脫碳、氫腐蝕等。

容器金屬在電解質(zhì)中，由電化學(xué)引起的腐蝕稱為電化學(xué)腐蝕。既有電子得失，又有電流形成。四、腐蝕破裂應(yīng)力腐蝕斷裂在拉應(yīng)力和特定的腐蝕環(huán)境共同作用下,所導(dǎo)致的脆性斷裂稱為金屬的應(yīng)力腐蝕斷裂。

應(yīng)力腐蝕斷裂的特點(diǎn)：1)應(yīng)力腐蝕斷裂屬脆性斷裂,即使是延性材料,也是脆性形式的斷裂。2)應(yīng)力腐蝕是一種局部腐蝕,裂紋常被腐蝕產(chǎn)物所覆蓋,發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂時(shí),常常是事先沒有明顯預(yù)兆而突然發(fā)生,危害極大。

2按腐蝕破壞形態(tài)分均勻腐蝕局部腐蝕（孔蝕）晶間腐蝕應(yīng)力腐蝕氫損傷2.腐蝕破裂的原因二、脆性破裂壓力容器維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)結(jié)構(gòu)不合理，或焊接不符合規(guī)范要求四、腐蝕破裂選材不當(dāng)或未采取有效防腐措施介質(zhì)中雜質(zhì)的影響3.腐蝕破裂的預(yù)防二、脆性破裂選用合適的防腐蝕材料使容器殼體與腐蝕性介質(zhì)隔離消除能引起應(yīng)力腐蝕的因素使用中采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧┙档透g速度四、腐蝕破裂五、壓力沖擊破裂

壓力沖擊破裂是指容器內(nèi)由于各種原因而急劇升高，使殼體受到壓力的突然沖擊而造成的破裂爆炸。1.破裂的類型與機(jī)理五、壓力沖擊破裂可燃?xì)怏w與助燃?xì)怏w反應(yīng)爆炸聚合釜的“爆聚”壓力容器內(nèi)的反應(yīng)失控液化氣體的“爆沸”在容器上誤裝爆破片，因器內(nèi)壓力升高，爆破片斷裂；容器殼體局部開裂；兩種沸點(diǎn)液化氣體混裝閥門零件泄漏；操作失誤；兩種氣瓶混裝。催化劑使用不當(dāng)；冷卻裝置失效。計(jì)量錯(cuò)誤或器具失靈；原料不純；攪拌或冷卻裝置失效。2.沖擊破裂的特征殼體破裂殼體內(nèi)壁附有化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物或痕跡斷裂時(shí)常伴有高溫產(chǎn)生斷口形貌類似脆性斷裂五、壓力沖擊破裂容器釋放的能量較大3.沖擊破裂的預(yù)防完善規(guī)程和管理制度加強(qiáng)現(xiàn)場的管理和作業(yè)人員的培訓(xùn)五、壓力沖擊破裂①生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)、操作規(guī)程的管理制度；②檢修檢測規(guī)程和管理制度；③儀器儀表安全附件保養(yǎng)規(guī)程六、蠕變破裂

蠕變破裂指壓力容器的壁溫高于某一限度時(shí)，即使應(yīng)力低于屈服極限，容器材料也會發(fā)生緩慢的塑性變形，這種塑性變形經(jīng)長期積累，最終會導(dǎo)致壓力容器的破壞。1.蠕變破裂的機(jī)理六、蠕變破裂金屬材料高溫金相組織發(fā)生變化晶粒長大、珠光體、球化、析出石墨、晶間開裂或疏松微孔韌性下降2.蠕變破裂的特征一般有明顯的塑性變形斷口為粗糙的顆粒狀，無金屬光澤六、蠕變破裂高溫脆性斷裂，斷口呈脆性形貌3.蠕變破裂的原因選材不當(dāng)操作不正常、維護(hù)不當(dāng)，致使容器局部過熱六、蠕變破裂結(jié)構(gòu)不合理4.蠕變破裂的預(yù)防合理選材容器結(jié)構(gòu)合理，制造質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)在使用中防止容器局部過熱六、蠕變破裂延性破裂脆性破裂疲勞破裂腐蝕破裂蠕變破裂原因液化氣體充裝過量；超溫超壓運(yùn)行；選材不當(dāng)或容器安裝不符合要求；維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)。低溫、材料韌性差；容器本身存在的缺陷，造成局部壓力過高所致。存在較高的應(yīng)力集中；存在交變載荷。維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)；選材不當(dāng)或未采取有效防腐措施；介質(zhì)中雜質(zhì)的影響。長期高溫下運(yùn)行，緩慢產(chǎn)生塑性變形；局部過熱；特點(diǎn)有明顯的伸長變形；斷口成暗灰色纖維狀；一般不是碎裂；容器實(shí)際爆破壓力接近計(jì)算爆破壓力。無明顯的伸長變形；裂口齊平，斷口呈金屬光澤的結(jié)晶狀；破裂成碎塊；事故發(fā)生是溫度較低。器壁上沒有明顯的塑性變形；氫鼓包、氫脆、脫碳、氫腐蝕有明顯的塑性變形，其變形量大小決定與材料的塑性。破壞時(shí)的應(yīng)力值低于材料在使用溫度下的強(qiáng)度極限。防范足夠的強(qiáng)度和厚度；按規(guī)定工藝參數(shù)工作，附件齊全；禁止超溫、超壓、超負(fù)荷運(yùn)行，防止過量充裝；加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)，防止腐蝕。塑性的材料，減少或消除構(gòu)件的缺陷；避免或防止壓力容器的應(yīng)力集中導(dǎo)致的裂紋；提高焊接質(zhì)量，消除殘余應(yīng)力；定期對容器進(jìn)行檢查。減少過高的局部應(yīng)力；減少交變載荷；盡量減少外壓、泄壓的次數(shù)，操作中防止溫度壓力波動過大；制造前應(yīng)做疲勞設(shè)計(jì)，以保證壓力容器不致發(fā)生疲勞破裂。防腐蝕材料；奧氏體不銹鋼容器應(yīng)嚴(yán)格控制氯離子含量，并避免在不銹鋼敏感溫度下使用，防止破壞不銹鋼表面的鈍化膜和防止晶間腐蝕；避免腐蝕介質(zhì)對殼體的腐蝕；降低腐蝕速度。選用滿足高溫力學(xué)性能要求的合金鋼材料、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理、制造質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)的壓力容器，并使用防止容器局部過熱，經(jīng)常維護(hù)保養(yǎng)，消除積垢、結(jié)碳、可有效防止容器破壞事故的發(fā)生。1、焊接接頭組成包括哪幾個(gè)部分？2、壓力容器制造過程中常見的焊接缺陷主要有哪些？3、什么是冷裂紋，為什么被稱作延遲裂紋？4、氣孔的危害有哪些？5、夾渣產(chǎn)生的主要原因有哪些？6、什么是焊縫的未焊透和未熔合，簡述它們產(chǎn)生的原因；知識要點(diǎn)7、壓力容器在使用中常見的缺陷有哪些？8、不銹鋼的晶間腐蝕如何產(chǎn)生的？9、簡述應(yīng)力腐蝕裂紋與斷裂特點(diǎn)。10、腐蝕破壞按破壞形態(tài)分為哪幾類？知識要點(diǎn)9、青少年是一個(gè)美好而又是一去不可再得的時(shí)期，是將來一切光明和幸福的開端。。4月-254月-25Wednesday,April23,202510、人的志向通常和他們的能力成正比例。12:22:4112:22:4112:224/23/202512:22:41PM11、夫?qū)W須志也，才須學(xué)也，非學(xué)無以廣才，非志無以成學(xué)。4月-2512:22:4112:22Apr-2523-Apr-2512、越是無能的人，越喜歡挑剔別人的錯(cuò)兒。12:22:4112:22:4112:22Wednesday,April23,202513、志不立，天下無可成之事。4月-254月-2512:22:4112:22:41April23,202514、古之立大事者，不惟有超世之