壓力容器的破壞形態與檢驗方法

高成巖

（海倫市鍋爐壓力容器檢驗所，黑龍江 海倫 152300）

1 壓力容器的破壞形態

1.1 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。

1.2 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。

1.3 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。

1.4 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。

1.5 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。

1.6 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。壓力容器發生脆性斷裂的特征是：容器器壁沒有明顯的伸長變形，容器的厚度一般沒有改變；斷口呈金屬光澤的結晶狀，裂口齊平與主應力方向垂直；脆性破裂的容器常呈碎塊狀，且常有碎片飛出；破裂事故多數在溫度較低的情況下發生；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。

1.7 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。

2 壓力容器檢驗前的準備工作

2.1 外部檢驗前的準備工作

影響內外表面檢驗的附件或其它物體，應按檢驗要求進行清理或拆除；為檢驗而搭設的腳手架、輕便梯等設施，必須安全牢固，便于進行檢驗和檢測工作；壓力容器操作人員的資格證件；檢查時，壓力容器使用單位的壓力容器管理人員和操作人員應到場配合，協助檢驗工作，并提供檢驗人員需要的其它資料。

2.2 全面檢驗前的準備工作

檢驗前，必須切斷與壓力容器有關的電源，拆除保險絲，并設置明顯的安全標志；如需現場射線探傷時，應隔離出透照區，設置安全標志；必須將內部介質排除干凈，用盲板隔斷所有液體、氣體或蒸汽的來源，設置明顯的隔離標志；具有易燃、助燃、毒性或窒息性介質的，必須進行置換、中和、消毒、清洗，并取樣分析，分析結果應達到有關規范、標準的規定。取樣分析的間隔時間，應在使用單位的有關制度中作出具體規定；人孔和檢查孔打開后，必須注意清除所有可能滯留的易燃、有毒、有害氣體。壓力容器內部空間的氣體含氧量應在18%～23%(體積比)之間。必要時，還應配備通風、安全救護等設施；具有易燃介質的，嚴禁用空氣置換；需要進行檢驗的表面，特別是腐蝕部位和可能產生裂紋性缺陷部位，應徹底清掃干凈。

2.3 耐壓檢驗前的準備工作

清除受壓部件表面的灰塵和污物，對需要重點進行檢查的部位還應拆除附件和保溫層，以利于觀察；對不參加水壓試驗的連通部件應采取可靠的隔斷措施；加壓前，參加試驗的各個部件內部應上滿水，不得殘留氣體；壓力試驗前，壓力容器各連接部位的堅固螺栓，必須裝配齊全，堅固妥當。壓力表應符合有關要求；壓力試驗場地應有可靠的安全防護設施，并應經單位技術負責人和安全部門檢查認可。壓力試驗過程中，不得進行與試驗無關的工作，無關人員不得在試驗現場停留。氣壓試驗時，使用單位的安全部門應進行現場監督；介質毒性程度為極度、高度危害或設計上不允許有微量泄漏的壓力容器，必須進行氣密性試驗，氣密性試驗時，安全附件應安裝齊全。

3 壓力容器常見缺陷檢驗

3.1 關于焊縫錯邊量的檢驗

對在用壓力容器而言，其焊縫錯邊量應為焊縫兩側焊趾處母材相互錯開的高度。由于壓力容器焊縫兩側母材的表面不可避免地存在著曲率的變化，表面的不平整，甚至存在飛濺、局部變形等缺陷，要準確測得焊縫錯邊量的大小并非易事。為此，在焊縫錯邊量的檢測中應注意幾點：

檢測前應首先目測壓力容器上所有焊縫，分別找出縱焊縫和環焊縫上錯邊量最大值所處的部位，必要時可標上記號；測量錯邊量前應清除焊縫兩側的飛濺等可能影響測量結果的缺陷；對不等厚板材相焊的焊縫，其測量應扣除兩板厚度差的影響。若厚板側已被削成一定的斜度，則厚板側的厚度應為厚板側母材在焊趾處的實際厚度，可通過測厚或根據兩板厚度差，削薄斜度和焊縫寬度確定。需要注意的是，在測量時如果右厚板側母材高于薄板側母材的一側測量時，則錯邊量應減去兩板厚度差。而在薄板側母材高于厚板側母材的一側測量時，則測量值即為錯邊量，無需再減去兩板厚度差。

3.2 關于棱角度的檢驗

在測量棱角度時，應取焊縫兩側實測值的平均值作為該處的棱角度，這樣也可使得在筒體內、外側測得的棱角度值相一致。在棱角度的測量中，由于采用了具有一定長度或弦長的板板進行，而焊縫兩側則因各種原因常常與其標準曲面在一較寬的范圍內存在偏差。這樣，棱角度的測量值就與樣板的長度（或弦長）有著直接的關系。在測量縱焊縫棱角度時，所用樣板的弦長應為1/6Di，且不小于300mm，測量環焊縫棱角度時，所用樣板的長度不得小于300mm。

[1]袁振明.聲發射技術及其應用[J].機械工業出版社，1985.