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失效形式

通常，產(chǎn)品喪失規(guī)定功能的現(xiàn)象被稱為失效，而壓力容器失效則是由于壓力或其他載荷超過許用極限而喪失正常工作的能力。各類壓力容器的操作條件比較復(fù)雜多樣，而且越來越苛刻，因此，壓力容器失效的形態(tài)也是多種多樣的，主要是以強度、剛度、穩(wěn)定性和腐蝕失效四種方式表現(xiàn)出來。由于壓力容器的失效帶來的一般都是成萬或上百萬的經(jīng)濟損失，嚴重時甚至造成人員傷亡的災(zāi)難性后果，因此，如何預(yù)測和解決壓力容器的失效問題已受到了人們廣泛的關(guān)注。要預(yù)測和解決壓力容器的失效，首先應(yīng)熟悉壓力容器的失效形式。下面就介紹幾種常見的失效形式。

01 強度失效

容器中某最大應(yīng)力點超過屈服點后就會出現(xiàn)不可恢復(fù)的變形，此時由彈性狀態(tài)進入塑性狀態(tài)，隨著載荷的增大，容器的塑性區(qū)不斷擴大，當(dāng)載荷大到某一極限時，塑性區(qū)就會擴展到一定的范圍，容器便失去了承載能力。

02 剛度失效

容器或容器上的零部件不是因為強度不足，而是由于過大的彈性變形使部件等失去了正常的工作能力。這種失效形式通常出現(xiàn)在密封結(jié)構(gòu)、換熱設(shè)備等地方。

03 穩(wěn)定性失效

容器在外壓或其他外部載荷的作用下，由穩(wěn)定的平衡狀態(tài)變至另一個不穩(wěn)定的狀態(tài)，形狀發(fā)生突然改變而喪失正常的工作能力。

04 腐蝕失效

腐蝕失效是壓力容器失效的重要類型之一，金屬腐蝕的形式是多種多樣的，按金屬與周圍介質(zhì)作用的性質(zhì)分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩大類，但都是由于其工作環(huán)境所引起，包括應(yīng)力腐蝕、氫脆、蒸汽腐蝕、堿脆、硫腐蝕、釩腐蝕、輻照脆化和液態(tài)金屬脆化等類型。

應(yīng)力腐蝕失效是指在拉應(yīng)力作用下，一定材料與一定的介質(zhì)環(huán)境發(fā)生應(yīng)力腐蝕，而最終導(dǎo)致壓力容器失效，是一種延遲破壞，造成的后果也比較嚴重。由于近代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，材料的工作環(huán)境條件越來越苛刻，零部件和材料的應(yīng)力腐蝕問題也日益突出，解決應(yīng)力腐蝕問題成為了當(dāng)今的重要課題。應(yīng)力腐蝕的必要條件是存在拉應(yīng)力，而且所用材料與介質(zhì)環(huán)境能發(fā)生應(yīng)力腐蝕。因此，為了解決應(yīng)力腐蝕問題，設(shè)計上通常采用仔細選擇應(yīng)力腐蝕敏感性低的材料、加緩蝕劑或保護層、陽極保護和避免或減小應(yīng)力集中、改善危險截面的受力狀況及避免工件表面層殘余應(yīng)力存在等措施；另外，生產(chǎn)工藝上通常采用適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に噥斫档筒牧蠈?yīng)力腐蝕的敏感性和減小工件的殘余應(yīng)力或避免應(yīng)力集中。

金屬的氫脆是指由于金屬中存在氫而導(dǎo)致材料的塑性大為降低，從而使壓力容器失效。氫脆的表現(xiàn)形式一般分為不可逆氫脆和可逆氫脆兩類，前者是指氫造成的永久性損傷（如低強鋼在石油化工設(shè)備中或酸洗處理后因吸氫而出現(xiàn)氫鼓包等）；后者是指排除氫后力學(xué)性能可以恢復(fù)的氫脆現(xiàn)象（如鋼及一些合金鋼中的氫致延遲破壞等）。氫脆產(chǎn)生的主要原因是氫在材料中來不及擴散或逸出而形成局部偏聚（偏析），材料中氫濃度越高越容易發(fā)生局部偏聚，材料表現(xiàn)為低應(yīng)力下的延遲破壞。因此，為了解決氫脆問題，設(shè)計上通常采用選擇氫脆敏感性小的材料、減小或消除拉應(yīng)力、杜絕或減少氫的環(huán)境（如加緩蝕劑、保護層等）和改變應(yīng)力狀態(tài)等措施；另外，工藝上也可通過表面處理（如滾壓、噴丸等）使表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。

蒸汽腐蝕實際上是由于高溫下水蒸氣的分解而造成金屬的氧化和氫脆，為了防止蒸汽腐蝕，設(shè)計上通常選用高抗蒸汽腐蝕的材料。

堿脆是指由于堿的濃度達到一定程度而導(dǎo)致的應(yīng)力腐蝕。

硫腐蝕是指由于硫的存在而在不同條件下產(chǎn)生不同形式的腐蝕現(xiàn)象，如高溫硫腐蝕、含鎳合金鋼的硫腐蝕和低溫硫腐蝕等。為防止硫腐蝕，通常采用鋼材表面滲鋁、含鎳合金鋼中加鉻元素等措施。

釩腐蝕是指由于油等燃燒后產(chǎn)生的釩氧化物與高溫金屬接觸時能破壞金屬表面的氧化膜，加速腐蝕過程的發(fā)展。目前，常采用的防止措施是加入添加劑。

輻照脆化是指在核技術(shù)的設(shè)備中，零部件處于高能電子、中子等粒子流的輻射下，結(jié)構(gòu)材料發(fā)生脆化，通常表現(xiàn)為幾何尺寸變化，體積膨脹，密度變小，強度、硬度上升和塑性下降以及物理性能的變化。

液態(tài)金屬脆化是指固態(tài)金屬與液態(tài)金屬接觸時造成的固態(tài)金屬的塑性或強度的下降。防止液態(tài)金屬脆化的方法很多，如選用敏感性低的材料，在固體金屬上增加保護層等。

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