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壓力容器強度失效有幾種形式?
力學上,材料在外力作用下抵抗破壞(變形和斷裂)的能力稱為強度。壓力容器中,將因材料屈服或斷裂引起的壓力容器失效,稱為強度失效,包括韌性斷裂、脆性斷裂、疲勞斷裂、蠕變斷裂、腐蝕斷裂等。
韌性斷裂
1)韌性斷裂的定義壓力容器在載荷作用下,產生的應力達到或接近所用材料的強度極限而發生的斷裂。
2)韌性斷裂的特征斷后有肉眼可見的宏觀變形,如整體鼓脹,周長延伸率可達10%~30%,斷口處厚度顯著減薄;沒有碎片,或偶爾有碎片;按實測厚度計算的爆破壓力與實際爆破壓力相當接近。
3)引起韌性斷裂的主要原因a) 厚度過薄b) 內壓過高
4)韌性斷裂的限制措施通過嚴格按規范的結構強度設計方法設計、選用材料、配備相應的安全附件,且運輸、安裝、檢修遵循有關的規定,防止韌性斷裂的發生。
脆性斷裂
1)脆性斷裂的定義變形量很小、且在殼壁中的應力值遠近于材料的強度極發生的斷裂。這種斷裂是在較低應力狀態下發生,故又稱為低應力脆斷。
2)脆性斷裂的特征斷裂時容器沒有鼓脹,即無明顯的塑性變形;其斷口齊平,并與最大應力方向垂直;斷裂的速度極快,易形成碎片。由于脆性斷裂時容器的實際應力值往往很低,爆破片、安全閥附件不會動作,其后果要比韌性斷裂嚴重得多。
3)引起脆性斷裂的主要原因a) 材料脆性b) 缺陷
4)脆性斷裂的限制措施通過材料選用要求、材料韌性要求、制造和檢驗要求、以及結構形式要求,防止脆性斷裂的發生。
疲勞斷裂
1)疲勞斷裂的定義壓力容器在交談載荷的作用下,經過一定周期后發生的斷裂,稱為疲勞斷裂。
2)疲勞斷裂的特征一般有裂紋萌生、擴展和最后斷裂三個階段,因而其斷口一般由裂紋源、裂紋擴展區和最終斷裂區組成。裂紋源往往位于接管根部、焊接接頭等高應力區或有缺陷的部位。
3)疲勞斷裂引起的主要原因焊接接頭容易產生應力集中、焊接缺陷、殘余應力和微裂紋。這些因素的綜合作用,使得疲勞斷裂成為焊接接頭的主要失效形式之一。
4)疲勞斷裂的限制措施盡可能降低局部地區的高應力;如在使用過程中發現裂紋等缺陷,應及時采取監測手段,避免發生突然的疲勞斷裂。
蠕變斷裂
1)蠕變斷裂的定義壓力容器在高溫下長期受載,隨時間的增加材料不斷發生蠕變變形,造成厚度明顯減薄與鼓脹變形,最終導致壓力容器斷裂的現象,稱為蠕變斷裂。
2)蠕變斷裂的特征按斷裂前的變形來劃分,蠕變斷裂具有韌性斷裂的特征;按斷裂時的應力劃分,蠕變斷裂又具有脆性斷裂的特征。
3)蠕變斷裂引起的原因高溫。一般認為,當溫度高于金屬的0.25~0.35Tm(以絕對溫度表示的熔點)時,需要考慮蠕變問題。當碳素鋼的溫度超過300~350℃、低合金鋼超過400℃、低合金鉻鉬鋼超過450℃、奧氏體不銹鋼超過550℃的情況下,考慮蠕變問題。
4)蠕變斷裂的限制措施限制材料的使用溫度范圍。
腐蝕斷裂
1)腐蝕斷裂的特征因均勻腐蝕導致的厚度減薄,或局部腐蝕造成的凹坑,所引起的斷裂一般有明顯的塑性變形,具有韌性斷裂的特征;因晶間腐蝕、應力腐蝕等引起的斷裂沒有明顯的塑性變形,具有脆性斷裂特征。
2)腐蝕斷裂的限制措施通過選用合宜的材料,或對材料進行各種類型的熱處理,或采取包括陽極保護或各種防腐襯里等保護措施,一般并不通過強度計算進行限制,即也是通過限制某些條件或采取某些防護措施的隱含設計方法。



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