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第三章压力容器缺陷与破坏形式压力容器常见的缺陷压力容器破裂形式分析主要内容压力容器的常见缺陷3.1压力容器制造过程中产生的缺陷3.2压力容器使用过程中产生的缺陷3.2压力容器使用过程中产生的缺陷一、腐蚀腐蚀是压力容器在使用过程中最容易产生的一种缺陷。从产生部位来说，可以分为均匀腐蚀和局部腐蚀。从腐蚀机理来说，腐蚀可以分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类。由于金属与所接触的气体或液体介质发生化学反应所造成的腐蚀，即化学腐蚀。金属与电解质相互作用使金属阳极部位溶解损伤的现象，叫电化学腐蚀，即伴有微电流现象的化学腐蚀。压力容器运行中经常产生的腐蚀有腐蚀性介质引起均匀和局部腐蚀、应力腐蚀、疲劳腐蚀、氢脆腐蚀等。二、裂纹裂纹常常是导致压力容器爆炸或爆破，造成极其严重后果的一种危险性缺陷。压力容器承压部件的裂纹，按其产生原因可以分为原材料裂纹、焊接裂纹、过载裂纹、疲劳裂纹、热应力裂纹、热疲劳裂纹、蠕变裂纹、腐蚀裂纹等。不同裂纹产生的部位不同,并具有不同的形貌。3.3压力容器破裂形式分析应力分析是否超过强度极限安全失效否是塑性变形壳体破裂应力分析是压力容器安全问题的基础。“失效”是指压力容器的承压部件由于承受过高的载荷，包括压力、温度或其他附加载荷，而丧失设计的正常工作能力。3.3压力容器破裂形式分析破裂机理预防措施产生原因主要特征分析思路按金属材料破裂的现象韧性破裂脆性破裂按破裂面对外力的取向正断切断按裂纹发展和扩张途径穿晶破裂晶间破裂破裂形式分类疲劳破裂腐蚀破裂蠕变破裂3.3压力容器破裂形式分析一、韧性破裂韧性破裂是压力容器在内部压力作用下，器壁上产生的应力达到器壁材料的强度极限，从而发生断裂破坏的一种形式。1.韧性破裂的机理一、韧性破裂弹性变形阶段弹塑性变形阶段断裂阶段2.韧性破裂的特征一、韧性破裂破裂容器器壁有明显的伸长变形断口呈暗灰色纤维状容器一般不是碎裂容器实际爆破压力接近计算爆破压力一、韧性破裂一、韧性破裂3.韧性破裂的原因一、韧性破裂液化气体容器充装过量容器在使用中超压容器维护不良以致器壁减薄4.韧性破裂的预防设计时选用足够强度和厚度的材料按核定工艺参数运行，安全附件齐全防止超温、超压、超负荷运行加强维护保养，防止发生腐蚀二、脆性破裂脆性破裂指压力容器在破裂时没有显著的塑性变形，破裂时器壁的压力也远远小于材料的强度极限，有的甚至还低于材料的屈服极限。1.脆性破裂的机理二、脆性破裂开裂阶段裂纹扩展阶段发生低应力脆性破裂的必须条件有：容器本身存在缺陷或几何形状发生变化；存在一定的水平应力；材料韧性较差。脆性断裂总是由宏观裂纹的扩展引起的。2.脆性破裂的特征二、脆性破裂破裂容器器壁没有明显的伸长变形裂口齐平、断口呈金属光泽的结晶状容器常破裂成碎块破裂事故多数在温度较低的情况下发生二、脆性破裂3.脆性破裂的原因二、脆性破裂温度因为钢在低温下或在某一特定温度范围内其冲击韧性将急剧下降。裂纹性缺陷压力容器受压元件一旦产生裂纹，其尖端前缘产生很高的应力峰值，且应力状态也发生变化。4.脆性破裂的预防二、脆性破裂减少部件结构及焊缝的应力集中部件材料在使用条件下要具有较好的韧性消除残余应力加强对部件缺陷的检验两种破裂形式对比破裂特征破裂形式塑性变形断口形貌破坏形式应力状态韧性破裂明显断口不齐平，暗灰色纤维状撕裂达到强度极限脆性破裂不明显断口齐平，呈金属光泽的结晶状裂成碎片低于屈服极限表4-1两种形式破裂特征对比三、疲劳破裂疲劳破裂指压力容器在反复加压和卸压过程中受到交变载荷的长期作用，没有经过明显的塑性变形而导致容器断裂的一种破裂形式。1.疲劳破裂的机理三、疲劳破裂循环次数最大交变应力图4-1金属的疲劳曲线1.疲劳破裂的机理三、疲劳破裂疲劳裂纹核心的产生疲劳裂纹的扩展金属疲劳断口疲劳裂纹产生与扩展区，象贝壳一样的同心弧线花纹最后断裂区，与静载荷下带有尖锐缺口的构件断口相似金属疲劳断裂的过程表面、晶界及非金属夹杂物处滑移同一疲劳断口，一般都有明显的光滑区域和颗粒状区域。光滑区域颗粒状区域疲劳失效特征1.疲劳破裂的机理三、疲劳破裂低应力高周疲劳高应力低周疲劳循环周次在105以上，外载超过材料的弹性应力极限值应力水平较高，交变周次在102～1052.疲劳破裂的特征三、疲劳破裂容器没有明显的变形破裂断口存在两个区域容器常因开裂泄漏而失效破裂总是在容器经过反复的加压和卸压以后发生3.疲劳破裂的原因三、疲劳破裂内部因素例如，容器的接管、开孔、转角以及其他几何形状不连接处，在焊缝附近以及钢板原有缺陷的应力集中外部因素间歇式操作的容器，器内压力、温度波动较大，振动；外界的风、雪、雨、地震造成的周期性外载荷局部高应力区反复交变载荷4.疲劳破裂的预防制造质量应符合要求，避免先天性缺陷安装中要防止外来载荷源的影响正确操作，减少升压、降压的次数，防止压力温度波动过大制造前做疲劳设计三、疲劳破裂四、腐蚀破裂腐蚀破裂指压力容器在腐蚀性介质作用下，引起容器壁由厚变薄或材料组织结构改变、力学性能降低，使压力容器承载能力不够而发生的破坏形式。按腐蚀破坏形态分均匀腐蚀局部腐蚀（孔蚀）按腐蚀机理分化学腐蚀电化学腐蚀按腐蚀环境分介质腐蚀海水腐蚀腐蚀破裂分类晶间腐蚀应力腐蚀氢损伤土壤腐蚀1.腐蚀破裂的机理化学腐蚀电化学腐蚀容器金属与周围介质直接发生化学反应而引起的金属腐蚀。高温氧化、高温硫化、钢的渗碳与脱碳、氢腐蚀等。容器金属在电解质中，由电化学引起的腐蚀称为电化学腐蚀。既有电子得失，又有电流形成。四、腐蚀破裂应力腐蚀断裂在拉应力和特定的腐蚀环境共同作用下,所导致的脆性断裂称为金属的应力腐蚀断裂。应力腐蚀断裂的特点：1)应力腐蚀断裂属脆性断裂,即使是延性材料,也是脆性形式的断裂。2)应力腐蚀是一种局部腐蚀,裂纹常被腐蚀产物所覆盖,发生应力腐蚀断裂时,常常是事先没有明显预兆而突然发生,危害极大。2按腐蚀破坏形态分均匀腐蚀局部腐蚀（孔蚀）晶间腐蚀应力腐蚀氢损伤2.腐蚀破裂的原因二、脆性破裂压力容器维护保养不当结构不合理，或焊接不符合规范要求四、腐蚀破裂选材不当或未采取有效防腐措施介质中杂质的影响3.腐蚀破裂的预防二、脆性破裂选用合适的防腐蚀材料使容器壳体与腐蚀性介质隔离消除能引起应力腐蚀的因素使用中采取适当的工艺措施降低腐蚀速度四、腐蚀破裂五、压力冲击破裂压力冲击破裂是指容器内由于各种原因而急剧升高，使壳体受到压力的突然冲击而造成的破裂爆炸。1.破裂的类型与机理五、压力冲击破裂可燃气体与助燃气体反应爆炸聚合釜的“爆聚”压力容器内的反应失控液化气体的“爆沸”在容器上误装爆破片，因器内压力升高，爆破片断裂；容器壳体局部开裂；两种沸点液化气体混装阀门零件泄漏；操作失误；两种气瓶混装。催化剂使用不当；冷却装置失效。计量错误或器具失灵；原料不纯；搅拌或冷却装置失效。2.冲击破裂的特征壳体破裂壳体内壁附有化学反应产物或痕迹断裂时常伴有高温产生断口形貌类似脆性断裂五、压力冲击破裂容器释放的能量较大3.冲击破裂的预防完善规程和管理制度加强现场的管理和作业人员的培训五、压力冲击破裂①生产工艺设计、操作规程的管理制度；②检修检测规程和管理制度；③仪器仪表安全附件保养规程六、蠕变破裂蠕变破裂指压力容器的壁温高于某一限度时，即使应力低于屈服极限，容器材料也会发生缓慢的塑性变形，这种塑性变形经长期积累，最终会导致压力容器的破坏。1.蠕变破裂的机理六、蠕变破裂金属材料高温金相组织发生变化晶粒长大、珠光体、球化、析出石墨、晶间开裂或疏松微孔韧性下降2.蠕变破裂的特征一般有明显的塑性变形断口为粗糙的颗粒状，无金属光泽六、蠕变破裂高温脆性断裂，断口呈脆性形貌3.蠕变破裂的原因选材不当操作不正常、维护不当，致使容器局部过热六、蠕变破裂结构不合理4.蠕变破裂的预防合理选材容器结构合理，制造质量符合标准在使用中防止容器局部过热六、蠕变破裂延性破裂脆性破裂疲劳破裂腐蚀破裂蠕变破裂原因液化气体充装过量；超温超压运行；选材不当或容器安装不符合要求；维护保养不当。低温、材料韧性差；容器本身存在的缺陷，造成局部压力过高所致。存在较高的应力集中；存在交变载荷。维护保养不当；选材不当或未采取有效防腐措施；介质中杂质的影响。长期高温下运行，缓慢产生塑性变形；局部过热；特点有明显的伸长变形；断口成暗灰色纤维状；一般不是碎裂；容器实际爆破压力接近计算爆破压力。无明显的伸长变形；裂口齐平，断口呈金属光泽的结晶状；破裂成碎块；事故发生是温度较低。器壁上没有明显的塑性变形；氢鼓包、氢脆、脱碳、氢腐蚀有明显的塑性变形，其变形量大小决定与材料的塑性。破坏时的应力值低于材料在使用温度下的强度极限。防范足够的强度和厚度；按规定工艺参数工作，附件齐全；禁止超温、超压、超负荷运行，防止过量充装；加强维护保养，防止腐蚀。塑性的材料，减少或消除构件的缺陷；避免或防止压力容器的应力集中导致的裂纹；提高焊接质量，消除残余应力；定期对容器进行检查。减少过高的局部应力；减少交变载荷；尽量减少外压、泄压的次数，操作中防止温度压力波动过大；制造前应做疲劳设计，以保证压力容器不致发生疲劳破裂。防腐蚀材料；奥氏体不锈钢容器应严格控制氯离子含量，并避免在不锈钢敏感温度下使用，防止破坏不锈钢表面的钝化膜和防止晶间腐蚀；避免腐蚀介质对壳体的腐蚀；降低腐蚀速度。选用满足高温力学性能要求的合金钢材料、设计结构合理、制造质量符合标准的压力容器，并使用防止容器局部过热，经常维护保养，消除积垢、结碳、可有效防止容器破坏事故的发生。•1、焊接接头组成包括哪几个部分？•2、压力容器制造过程中常见的焊接缺陷主要有哪些？•3、什么是冷裂纹，为什么被称作延迟裂纹？•4、气孔的危害有哪些？•5、夹渣产生的主要原因有哪些？•6、什么是焊缝的未焊透和未熔合，简述它们产生的原因；知识要点•7、压力容器在使用中常见的缺陷有哪些？•8、不锈钢的晶间腐蚀如何产生的？•9、简述应力腐蚀裂纹与断裂特点。•10、腐蚀破坏按破坏形态分为哪几类？知识要点