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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(guò)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(lái)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(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和腐蝕失效四種方式表現(xiàn)出來(lái)。由于壓力容器的失效帶來(lái)的一般都是成萬(wàn)或上百萬(wàn)的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重時(shí)甚至造成人員傷亡的災(zāi)難性后果，因此，如何預(yù)測(cè)和解決壓力容器的失效問(wèn)題已受到了人們廣泛的關(guān)注。要預(yù)測(cè)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(jiàn)的失效形式。

01 強(qiáng)度失效

容器中某最大應(yīng)力點(diǎn)超過(guò)屈服點(diǎn)后就會(huì)出現(xiàn)不可恢復(fù)的變形，此時(shí)由彈性狀態(tài)進(jìn)入塑性狀態(tài)，隨著載荷的增大，容器的塑性區(qū)不斷擴(kuò)大，當(dāng)載荷大到某一極限時(shí)，塑性區(qū)就會(huì)擴(kuò)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?yàn)閺?qiáng)度不足，而是由于過(guò)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(gè)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(yán)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(lái)越苛刻，零部件和材料的應(yīng)力腐蝕問(wèn)題也日益突出，解決應(yīng)力腐蝕問(wèn)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(wèn)題，設(shè)計(jì)上通常采用仔細(xì)選擇應(yīng)力腐蝕敏感性低的材料、加緩蝕劑或保護(hù)層、陽(yáng)極保護(hù)和避免或減小應(yīng)力集中、改善危險(xiǎn)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?lái)降低材料對(duì)應(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(qiáng)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(lái)不及擴(kuò)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(wèn)題，設(shè)計(jì)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(hù)層等）和改變應(yīng)力狀態(tài)等措施；另外，工藝上也可通過(guò)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(shí)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(jì)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(dá)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(shí)能破壞金屬表面的氧化膜，加速腐蝕過(guò)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(qiáng)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(shí)造成的固態(tài)金屬的塑性或強(qiáng)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(hù)層等。

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