壓力容器的破壞形態(tài)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(tài)

1.1 過度的塑性變形

當壓力載荷大大超過設(shè)計數(shù)值時，容器的器壁變薄，最后達到不穩(wěn)定點，即當壓力稍許增加時，容器就會因過度塑性變形而發(fā)生破裂。當容器發(fā)生過度塑性變形破裂時，斷口為撕斷狀態(tài)，容器破壞時不產(chǎn)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(xiàn)出的一種行為，當外力撤出后，物體能夠恢復(fù)原來形狀的能力稱為彈性性質(zhì)，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(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，甚至達到失穩(wěn)程度。

1.3 大應(yīng)變疲勞

壓力容器在交變應(yīng)力的作用下，位于容器的某些局部區(qū)域（如開孔接管周圍、局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)處等）受力最大的金屬晶粒將會產(chǎn)生滑移并逐漸發(fā)展成為微小裂紋，且裂紋兩端不斷擴展，最終導(dǎo)致容器的疲勞破壞。疲勞首先出現(xiàn)在上述高應(yīng)力的局部區(qū)域，即出現(xiàn)在這些高應(yīng)力引起的大應(yīng)變的地方，這種破壞就稱大應(yīng)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(qū)域：疲勞裂紋產(chǎn)生至擴展區(qū)和最后斷裂區(qū)；（3）容器常因開裂泄漏而失效；（4）疲勞破壞總是在容器經(jīng)過反復(fù)的加載和卸載以后發(fā)生。

1.4 腐蝕疲勞

腐蝕疲勞是金屬材料在腐蝕和應(yīng)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(chǎn)生和發(fā)展；另一方面，交變的拉伸應(yīng)力破壞金屬表面的保護膜并促使表面腐蝕的產(chǎn)生。在交變應(yīng)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(chǎn)物又阻止氧的擴散使保護膜難以恢復(fù)，所以腐蝕坑的底部始終處在活性狀態(tài)之下而構(gòu)成了腐蝕電池的陽極，就這樣在腐蝕與交變應(yīng)力的聯(lián)合作用下，裂紋不斷發(fā)展直至金屬最后斷裂。

1.5 應(yīng)力腐蝕

應(yīng)力腐蝕是金屬腐蝕介質(zhì)和拉伸應(yīng)力的共同作用下而產(chǎn)生的一種破壞形式。金屬發(fā)生應(yīng)力腐蝕時，腐蝕和應(yīng)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(chǎn)生應(yīng)力集中；另一方面，應(yīng)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(dǎo)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(tǒng)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(fā)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(jié)晶狀，裂口齊平與主應(yīng)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(shù)在溫度較低的情況下發(fā)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(fā)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(nèi)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(chǎn)生脆性現(xiàn)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(jié)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(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，這些不易溶解的氣體生成物聚積在晶界原有的微隙內(nèi)，形成局部高壓，造成應(yīng)力集中，使晶界變寬，發(fā)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(nèi)外表面檢驗的附件或其它物體，應(yīng)按檢驗要求進行清理或拆除；為檢驗而搭設(shè)的腳手架、輕便梯等設(shè)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(yīng)到場配合，協(xié)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(guān)的電源，拆除保險絲，并設(shè)置明顯的安全標志；如需現(xiàn)場射線探傷時，應(yīng)隔離出透照區(qū)，設(shè)置安全標志；必須將內(nèi)部介質(zhì)排除干凈，用盲板隔斷所有液體、氣體或蒸汽的來源，設(shè)置明顯的隔離標志；具有易燃、助燃、毒性或窒息性介質(zhì)的，必須進行置換、中和、消毒、清洗，并取樣分析，分析結(jié)果應(yīng)達到有關(guān)規(guī)范、標準的規(guī)定。取樣分析的間隔時間，應(yīng)在使用單位的有關(guān)制度中作出具體規(guī)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(nèi)部空間的氣體含氧量應(yīng)在18%～23%(體積比)之間。必要時，還應(yīng)配備通風(fēng)、安全救護等設(shè)施；具有易燃介質(zhì)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(chǎn)生裂紋性缺陷部位，應(yīng)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(yīng)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(yīng)采取可靠的隔斷措施；加壓前，參加試驗的各個部件內(nèi)部應(yīng)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(yīng)符合有關(guān)要求；壓力試驗場地應(yīng)有可靠的安全防護設(shè)施，并應(yīng)經(jīng)單位技術(shù)負責(zé)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(guān)的工作，無關(guān)人員不得在試驗現(xiàn)場停留。氣壓試驗時，使用單位的安全部門應(yīng)進行現(xiàn)場監(jiān)督；介質(zhì)毒性程度為極度、高度危害或設(shè)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(yīng)安裝齊全。

3 壓力容器常見缺陷檢驗

3.1 關(guān)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(yīng)為焊縫兩側(cè)焊趾處母材相互錯開的高度。由于壓力容器焊縫兩側(cè)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(yīng)注意幾點：

檢測前應(yīng)首先目測壓力容器上所有焊縫，分別找出縱焊縫和環(huán)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(yīng)清除焊縫兩側(cè)的飛濺等可能影響測量結(jié)果的缺陷；對不等厚板材相焊的焊縫，其測量應(yīng)扣除兩板厚度差的影響。若厚板側(cè)已被削成一定的斜度，則厚板側(cè)的厚度應(yīng)為厚板側(cè)母材在焊趾處的實際厚度，可通過測厚或根據(jù)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(cè)母材高于薄板側(cè)母材的一側(cè)測量時，則錯邊量應(yīng)減去兩板厚度差。而在薄板側(cè)母材高于厚板側(cè)母材的一側(cè)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(guān)于棱角度的檢驗

在測量棱角度時，應(yīng)取焊縫兩側(cè)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(nèi)、外側(cè)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(cè)則因各種原因常常與其標準曲面在一較寬的范圍內(nèi)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(guān)系。在測量縱焊縫棱角度時，所用樣板的弦長應(yīng)為1/6Di，且不小于300mm，測量環(huán)焊縫棱角度時，所用樣板的長度不得小于300mm。

[1]袁振明.聲發(fā)射技術(shù)及其應(yīng)用[J].機械工業(yè)出版社，1985.