三、疲勞破裂

疲勞破裂是壓力容器常見的一種破裂形式。據(jù)英國(guó)的一個(gè)聯(lián)合調(diào)查組統(tǒng)計(jì)，在運(yùn)行期間發(fā)生破壞事故的壓力容器有近90％是由裂紋引起的，而在由裂紋引起的事故中，疲勞裂紋約占40％。可見壓力容器的疲勞破裂是絕對(duì)不能忽視的。壓力容器的疲勞破裂，絕大多數(shù)屬于金屬的低周疲勞，即承受較高的交變應(yīng)力，而應(yīng)力交變的次數(shù)并不是太高。一般情況下，壓力容器的承壓部件在長(zhǎng)期反復(fù)交變載荷作用下，在應(yīng)力集中處產(chǎn)生微裂紋，隨著交變載荷的繼續(xù)作用，裂紋逐漸擴(kuò)大，導(dǎo)致破裂。

1、疲勞破裂的特征

(1) 容器沒有明顯的塑性變形； (2) 破壞總是產(chǎn)生在應(yīng)力集中的地方； (3) 只產(chǎn)生開裂， 不產(chǎn)生碎片；(4)從裂紋的形成、擴(kuò)展到破壞有一個(gè)較為緩慢的發(fā)展過程；(5) 破壞總是經(jīng)過長(zhǎng)期的反復(fù)載荷作用后發(fā)生，應(yīng)力低于抗拉強(qiáng)度；(6) 斷面呈兩個(gè)區(qū)域，即裂紋的形成和擴(kuò)展區(qū)與脆斷區(qū)。

2、疲勞破裂的預(yù)防

壓力容器的疲勞破裂既然是由于反復(fù)的交變載荷以及過高的局部應(yīng)力引起的，那么要防止它發(fā)生這類事故，除了在運(yùn)行中盡量避免那些不必要的頻繁加壓和卸壓、過分的壓力波動(dòng)和懸殊的溫度變化等因素外，主要還在于設(shè)計(jì)時(shí)采用合理的結(jié)構(gòu)。一方面要避免產(chǎn)生應(yīng)力集中，使容器器壁的個(gè)別部位的局部應(yīng)力不致于超過材料的屈服強(qiáng)度。另一方面，如果容器上確實(shí)難以避免地要出現(xiàn)較高的局部應(yīng)力，則應(yīng)做疲勞分析和疲勞設(shè)計(jì)。此外在制造時(shí)要按正確的工藝進(jìn)行，確保質(zhì)量。

四、腐蝕破裂

腐蝕破裂系指承壓特種設(shè)備材料在腐蝕性介質(zhì)作用下，引起承壓特種設(shè)備器壁由厚變薄或材料組織結(jié)構(gòu)改變、機(jī)械性能降低，使承壓特種設(shè)備承載能力不夠而發(fā)生的破壞，這種破壞形式稱為腐蝕破裂。

壓力容器的腐蝕破裂都是應(yīng)力腐蝕，因?yàn)閴毫θ萜饕话愣汲惺茌^大的拉伸應(yīng)力，而它的結(jié)構(gòu)也常常難以避免地有程度不同的應(yīng)力集中處，如設(shè)備的開孔焊縫等，且容器的工作介質(zhì)又常常是帶腐蝕性的。壓力容器的應(yīng)力腐蝕破裂是指容器殼體由于受到腐蝕介質(zhì)的腐蝕而產(chǎn)生的一種破裂形式，是在腐蝕介質(zhì)和拉伸應(yīng)力的共同作用下產(chǎn)生的。腐蝕使金屬材料的有效截面積減小和表面形成缺口，產(chǎn)生應(yīng)力集中；而應(yīng)力則可加速腐蝕的進(jìn)行，使表面缺口向深處擴(kuò)展，最后導(dǎo)致斷裂，所以應(yīng)力腐蝕可使壓力容器在應(yīng)力低于它的強(qiáng)度極限時(shí)破壞。應(yīng)力腐蝕是種相當(dāng)危險(xiǎn)的破裂形式，因?yàn)樗３Ｊ窃谖幢话l(fā)現(xiàn)的情況下突然斷裂而發(fā)生損壞。

1、腐蝕斷裂的特征

(1) 引起應(yīng)力腐蝕的應(yīng)力必須是拉應(yīng)力，且應(yīng)力可大可小，極低的應(yīng)力水平也可能導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕破壞。 應(yīng)力既可由載荷引起，也可由焊接、裝配或熱處理引起的殘余應(yīng)力。(2) 純金屬不發(fā)生應(yīng)力腐蝕，但幾乎所有的合金在特定的腐蝕環(huán)境中都會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋。極少量的合金或雜質(zhì)都會(huì)使材料產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。各種工程實(shí)用材料幾乎都有應(yīng)力腐蝕敏感性。 (3)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的材料和腐蝕性介質(zhì)之間有選擇性和匹配關(guān)系，即當(dāng)二者是某種特定組合時(shí)才會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕。(4) 應(yīng)力腐蝕是一個(gè)電化學(xué)腐蝕過程，包括應(yīng)力腐蝕裂紋萌生、穩(wěn)定擴(kuò)展、失穩(wěn)擴(kuò)展等階段，失穩(wěn)擴(kuò)展即造成應(yīng)力腐蝕破裂。

影響應(yīng)力腐蝕斷裂的因素很多，比如介質(zhì)的種類、介質(zhì)濃度、環(huán)境溫度、構(gòu)件所處的應(yīng)力狀態(tài)、金屬所用材料的成分與組織。設(shè)備的防腐蝕措施是各式各樣的，需要根據(jù)不同的設(shè)備條件和不同的工作介質(zhì)采用不同的方法。

2、腐蝕斷裂的預(yù)防

(1)選擇合適的抗腐蝕材料；(2) 采取必要的保護(hù)措施，使承壓部件與腐蝕介質(zhì)隔離； (3)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，避免高應(yīng)力區(qū)；(4) 制造時(shí)制定合理的工藝，消除殘余應(yīng)力；(5) 使用中加強(qiáng)管理，定期檢查維修。

五、蠕變破裂

蠕變是指金屬材料在應(yīng)力和高溫的雙重作用下產(chǎn)生的緩慢而連續(xù)的塑性變形。當(dāng)承壓部件長(zhǎng)期在金屬蠕變的高溫下工作，壁厚會(huì)減小，材料的強(qiáng)度有所降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致壓力容器高溫部件發(fā)生蠕變破裂。產(chǎn)生蠕變破裂的原因主要是未選用抗蠕變性能好的合金鋼來制造高溫部件、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理而使局部區(qū)域過熱、制造時(shí)改變了材料的組織而降低了材料的抗蠕變性能以及由于操作或維護(hù)不當(dāng)，使承壓部件局部過熱。材料發(fā)生蠕變破裂時(shí)，一般都有明顯的塑性變形，斷口表面形成一層氧化膜。

預(yù)防壓力容器高溫承壓部件蠕變破裂主要從以下幾個(gè)方面來考慮：(1)設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)使用溫度選用合適的材料；(2) 合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，避免局部高溫；(3) 制定正確的加工工藝，避免因加工而降低材料的抗蠕變性能；(4) 在使用中防止容器局部過熱。經(jīng)常維護(hù)保養(yǎng)，清除積垢、結(jié)碳，可有效防止蠕變破壞事故的發(fā)生。

壓力容器在運(yùn)行和使用過程中，要受到反復(fù)升壓、卸壓等疲勞荷載的影響，又經(jīng)常受外部環(huán)境的影響，還要受到有腐蝕性介質(zhì)的腐蝕，或在高溫深冷等工藝條件下工作，其力學(xué)性能會(huì)隨之發(fā)生變化，容器制造過程中的小缺陷也會(huì)隨之?dāng)U展增大，對(duì)壓力容器進(jìn)行定期的全面地技術(shù)檢驗(yàn)，是及早發(fā)現(xiàn)容器存在的缺陷，消除隱忠，從而保證壓力容器安全運(yùn)行，避免發(fā)生事故的一項(xiàng)行之有效的措施。