2020年中級注冊安全工程師答疑:壓力容器的破壞形式?
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問題：
壓力容器的破壞形式?
答疑：
根據國際《壓力容器、鍋爐和管道委員會》提出的方法，依照破壞形態和破壞原因，壓力容器破壞形式可分以下幾種：
1過度的塑性變形
當壓力載荷大大超過設計數值時，容器的器壁變薄，最后達到不穩定點，即當壓力稍許增加時，容器就會因過度塑性變形而發生破裂。當容器發生過度塑性變形破裂時，斷口為撕斷狀態，容器破壞時不產生碎片或者僅有少量碎塊，爆破口的大小視容器爆破的膨脹能量而定。除壓力的影響以外，金屬材料在高溫下的蠕變也是引起塑性變形的一個重要原因，在蠕變過程中，材料發生連續的塑性變形，在塑性變形積累到相當長時間后，將以破裂而告終。
2過度的彈性變形
彈性變形是固體在外力的作用下表現出的一種行為，當外力撤出后，物體能夠恢復原來形狀的能力稱為彈性性質，而具有這種可逆性的變形就叫做彈性變形，過度的彈性變形可能使容器呈現不穩定狀態，甚至達到失穩程度。
3大應變疲勞
壓力容器在交變應力的作用下，位于容器的某些局部區域(如開孔接管周圍、局部結構不連續處等)受力最大的金屬晶粒將會產生滑移并逐漸發展成為微小裂紋，且裂紋兩端不斷擴展，最終導致容器的疲勞破壞。疲勞首先出現在上述高應力的局部區域，即出現在這些高應力引起的大應變的地方，這種破壞就稱大應變疲勞。壓力容器的疲勞破壞一般具有以下特征：
(1)容器沒有明顯的變形
(2)破裂的斷口存在兩個區域：疲勞裂紋產生至擴展區和最后斷裂區
(3)容器常因開裂泄漏而失效
(4)疲勞破壞總是在容器經過反復的加載和卸載以后發生
4腐蝕疲勞
腐蝕疲勞是金屬材料在腐蝕和應力的共同作用下引起的一種破壞形式。在材料的腐蝕疲勞中，一方面由于腐蝕使金屬表面局部損壞并促使疲勞裂紋的產生和發展;另一方面，交變的拉伸應力破壞金屬表面的保護膜并促使表面腐蝕的產生。在交變應力的作用下，被破壞的保護膜無法再次形成，沉積在腐蝕坑中的腐蝕產物又阻止氧的擴散使保護膜難以恢復。所以腐蝕坑的底部始終處在活性狀態之下而構成了腐蝕電池的陽極。就這樣在腐蝕與交變應力的聯合作用下，裂紋不斷發展直至金屬最后斷裂。
5應力腐蝕
應力腐蝕是金屬腐蝕介質和拉伸應力的共同作用下而產生的一種破壞形式。金屬發生應力腐蝕時，腐蝕和應力這兩個因素是相互促進的。一方面，腐蝕使金屬的有效截面積減小和表面形成缺口，產生應力集中;另一方面，應力的存在加速了腐蝕的進展，使表面的腐蝕缺口向深處擴展，最后導致斷裂。
6脆性破裂
工程上把沒有明顯塑性變形的斷裂統稱為脆性斷裂或破裂，而壓力容器的脆性破裂是指由塑性材料制成的壓力容器，破裂時呈脆性破裂特征。破裂容器的工作應力遠遠低于材料的強度極限，甚至低于材料的屈服極限。壓力容器發生脆性斷裂的特征是：
(1)容器器壁沒有明顯的伸長變形，容器的厚度一般沒有改變。
(2)斷口呈金屬光澤的結晶狀，裂口齊平與主應力方向垂直。
(3)脆性破裂的容器常呈碎塊狀，且常有碎片飛出。
(4)破裂事故多數在溫度較低的情況下發生。
(5)脆性斷裂更容易在高強度鋼制的壓力容器和用中、低強度制造的厚壁容器上發生。
7氫腐蝕破壞
在高溫高壓下，吸附在鋼表面的氫分子部分分解為氫原子或離子而固溶于鋼表面層并向鋼內擴散，它以氫脆和氫腐蝕兩種方式影響著鋼的性能。氫脆是由于氫擴散并溶解于金屬晶格中，使鋼在緩慢變形時產生脆性現象，此時鋼的塑性顯著降低。氫腐蝕是指氫原子或離子擴散進入鋼中，將結合成氫分子，并部分地與微孔壁上的碳或碳化物及非金屬夾雜物產生化學反應，這些不易溶解的氣體生成物聚積在晶界原有的微隙內，形成局部高壓，造成應力集中，使晶界變寬，發展成微裂紋，降低了鋼的機械性能。
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