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压力容器强度失效有几种形式?

更新时间:2025-11-03       点击次数:59

力学上,材料在外力作用下抵抗破坏(变形和断裂)的能力称为强度。压力容器中,将因材料屈服或断裂引起的压力容器失效,称为强度失效,包括韧性断裂、脆性断裂、疲劳断裂、蠕变断裂、腐蚀断裂等。

韧性断裂

1)韧性断裂的定义压力容器在载荷作用下,产生的应力达到或接近所用材料的强度极限而发生的断裂。

2)韧性断裂的特征断后有肉眼可见的宏观变形,如整体鼓胀,周长延伸率可达10%~30%,断口处厚度显著减薄;没有碎片,或偶尔有碎片;按实测厚度计算的爆破压力与实际爆破压力相当接近。

3)引起韧性断裂的主要原因a) 厚度过薄b) 内压过高

4)韧性断裂的限制措施通过严格按规范的结构强度设计方法设计、选用材料、配备相应的安全附件,且运输、安装、检修遵循有关的规定,防止韧性断裂的发生。

脆性断裂

1)脆性断裂的定义变形量很小、且在壳壁中的应力值远近于材料的强度极发生的断裂。这种断裂是在较低应力状态下发生,故又称为低应力脆断。

2)脆性断裂的特征断裂时容器没有鼓胀,即无明显的塑性变形;其断口齐平,并与最大应力方向垂直;断裂的速度极快,易形成碎片。由于脆性断裂时容器的实际应力值往往很低,爆破片、安全阀附件不会动作,其后果要比韧性断裂严重得多。

3)引起脆性断裂的主要原因a) 材料脆性b) 缺陷

4)脆性断裂的限制措施通过材料选用要求、材料韧性要求、制造和检验要求、以及结构形式要求,防止脆性断裂的发生。

疲劳断裂

1)疲劳断裂的定义压力容器在交谈载荷的作用下,经过一定周期后发生的断裂,称为疲劳断裂。

2)疲劳断裂的特征一般有裂纹萌生、扩展和最后断裂三个阶段,因而其断口一般由裂纹源、裂纹扩展区和最终断裂区组成。裂纹源往往位于接管根部、焊接接头等高应力区或有缺陷的部位。

3)疲劳断裂引起的主要原因焊接接头容易产生应力集中、焊接缺陷、残余应力和微裂纹。这些因素的综合作用,使得疲劳断裂成为焊接接头的主要失效形式之一。

4)疲劳断裂的限制措施尽可能降低局部地区的高应力;如在使用过程中发现裂纹等缺陷,应及时采取监测手段,避免发生突然的疲劳断裂。

蠕变断裂

1)蠕变断裂的定义压力容器在高温下长期受载,随时间的增加材料不断发生蠕变变形,造成厚度明显减薄与鼓胀变形,最终导致压力容器断裂的现象,称为蠕变断裂。

2)蠕变断裂的特征按断裂前的变形来划分,蠕变断裂具有韧性断裂的特征;按断裂时的应力划分,蠕变断裂又具有脆性断裂的特征。

3)蠕变断裂引起的原因高温。一般认为,当温度高于金属的0.25~0.35Tm(以绝对温度表示的熔点)时,需要考虑蠕变问题。当碳素钢的温度超过300~350℃、低合金钢超过400℃、低合金铬钼钢超过450℃、奥氏体不锈钢超过550℃的情况下,考虑蠕变问题。

4)蠕变断裂的限制措施限制材料的使用温度范围。

腐蚀断裂

1)腐蚀断裂的特征因均匀腐蚀导致的厚度减薄,或局部腐蚀造成的凹坑,所引起的断裂一般有明显的塑性变形,具有韧性断裂的特征;因晶间腐蚀、应力腐蚀等引起的断裂没有明显的塑性变形,具有脆性断裂特征。

2)腐蚀断裂的限制措施通过选用合宜的材料,或对材料进行各种类型的热处理,或采取包括阳极保护或各种防腐衬里等保护措施,一般并不通过强度计算进行限制,即也是通过限制某些条件或采取某些防护措施的隐含设计方法。


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