工業(yè)壓力容器失效原因及模式
發(fā)布時(shí)間：2020-05-28 09:46:44 發(fā)布人：化工泵
工業(yè)生產(chǎn)使用中，壓力容器的失效是什么原因產(chǎn)生的，分為哪些呢？壓力容器的失效是損傷積累到一定程度，容器的強(qiáng)度、剛度或功能不能滿(mǎn)足使用要求的狀態(tài)。那么損傷是怎么產(chǎn)生的呢？其實(shí)損傷是一個(gè)過(guò)程，容器在外部機(jī)械力、介質(zhì)環(huán)境、熱作用等單獨(dú)或共同作用下，材料性能下降、結(jié)構(gòu)不連續(xù)或承載能力下降，這便是損傷。發(fā)生損傷后不一定失效，而發(fā)生失效則一定存在損傷。
失效模式是壓力容器的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)方法（準(zhǔn)則）必須針對(duì)失效模式，壓力容器設(shè)計(jì)的一步驟就應(yīng)該是確定容器有可能發(fā)生的失效模式；對(duì)于第III類(lèi)壓力容器，設(shè)計(jì)時(shí)還要求出具包括主要失效模式、風(fēng)險(xiǎn)控制等內(nèi)容的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告。另外對(duì)壓力容器檢驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)，也是建立在失效模式的基礎(chǔ)上。
針對(duì)鍋爐和壓力容器常見(jiàn)的失效形式，在標(biāo)準(zhǔn)中將失效模式歸納為三大類(lèi)。
一、長(zhǎng)期失效模式
1、沖蝕、腐蝕（Erosion, corrosion）
壓力容器材料在腐蝕介質(zhì)作用下，如碳鋼罐，因均勻腐蝕導(dǎo)致壁厚減薄及材料組織結(jié)構(gòu)改變或局部腐蝕造成的凹坑，使材料力學(xué)性能降低，容器承載能力不足而發(fā)生的斷裂。壓力容器腐蝕機(jī)理有化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。腐蝕形態(tài)有均勻腐蝕、孔蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕、縫隙腐蝕、氫腐蝕、雙金屬腐蝕等。
2、蠕變斷裂（Creep rupture）
壓力容器在高溫下長(zhǎng)期受載，隨著時(shí)間增加材料發(fā)生緩慢的塑性變形，塑性變形經(jīng)長(zhǎng)期積累而造成厚度明顯減薄或鼓脹變形，導(dǎo)致容器斷裂。壓力容器發(fā)生蠕變時(shí)，一般壁溫達(dá)到或超過(guò)其材料熔化溫度的25%～35%。蠕變斷裂的變形量取決于材料的韌性，斷裂時(shí)的應(yīng)力值低于材料使用溫度下的強(qiáng)度極限。
3、環(huán)境助長(zhǎng)開(kāi)裂，如應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂、氫開(kāi)裂等
4、蠕變-在機(jī)械連接處的超量變形或?qū)е虏辉试S的載荷傳遞
5、蠕變失穩(wěn)（Creep instability）
隨著時(shí)間的推移逐漸積累的變形為蠕變變形，蠕變變形發(fā)展到一定程度會(huì)出現(xiàn)蠕變失穩(wěn)。
二、短期失效模式
1、韌性斷裂（Ductile rupture）
在壓力等荷載作用下，產(chǎn)生的應(yīng)力值達(dá)到或接近器壁材料的強(qiáng)度極限而發(fā)生的斷裂。通常碳鋼壓力容器的韌性斷裂的主要原因是壁厚過(guò)薄（設(shè)計(jì)壁厚不足和厚度因腐蝕而變薄）、內(nèi)壓過(guò)高或選材不當(dāng)、安裝不符合安全要求。
2、脆性斷裂（Brittle fracture）
容器沒(méi)有明顯的塑性變形，且器壁中的應(yīng)力值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料的強(qiáng)度極限
甚至低于材料的屈服極限而發(fā)生的斷裂。脆性斷裂的主要原因在于材料的脆化（材料選擇不當(dāng)、材料加工工藝不當(dāng)、應(yīng)變時(shí)效、運(yùn)行環(huán)境惡劣）和材料本身的缺陷。
3、超量變形引起的接頭泄漏（Leakage at joints due to excessive deformations）
容器的各種接口密封面失效或脹接管口松動(dòng)發(fā)生泄漏而引起的失效，泄漏介質(zhì)可能造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。
4、彈性、塑性或彈塑性失穩(wěn)（垮塌）
5、超量局部應(yīng)變引起的裂紋形成或韌性斷裂
在壓應(yīng)力作用下，壓力容器突然失去其原有的規(guī)則幾何形狀引起的失效稱(chēng)為失穩(wěn)失效。容器彈性失穩(wěn)的一個(gè)重要特征是彈性撓度與載荷不成比例，且臨界壓力與材料的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，主要取決于容器的尺寸和材料的彈性性質(zhì)，但當(dāng)容器中的應(yīng)力水平超過(guò)材料的屈服點(diǎn)而發(fā)生非彈性失穩(wěn)時(shí)，臨界壓力還與材料的強(qiáng)度有關(guān)。
三、循環(huán)失效模式
1、環(huán)境助長(zhǎng)疲勞
2、擴(kuò)展性塑性變形
3、交替塑性
4、彈性應(yīng)變疲勞（中周和高周疲勞）或彈塑性應(yīng)變疲勞（低周疲勞）。
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