压力容器的破坏形态及检验

摘 要：压力容器是工业生产、科学研究及人民生活中广泛使用的一种特种承压设备，具有易燃、易爆、有毒等特点。在温度、压力及腐蚀介质的综合作用下，极易导致设备失效破坏，造成事故的发生。因此，为保障设备安全运行，必须对压力容器进行定期检验。针对压力容器的破坏形态进行了分析，简介了常见缺陷的检验方法。 关键词：压力容器；破坏形态；缺陷；检验 1 压力容器的破坏形态 1.1过度的塑性变形

当压力载荷大大超过设计数值时，容器的器壁变薄，最后达到不稳定点，即当压力稍许增加时，容器就会因过度塑性变形而发生破裂。当容器发生过度塑性变形破裂时，断口为撕断状态，容器破坏时不产生碎片或者仅有少量碎块，爆破口的大小视容器爆破的膨胀能量而定。 1.2过度的弹性变形

弹性变形是固体在外力的作用下表现出的一种行为，当外力撤出后，物体能够恢复原来形状的能力称为弹性性质，而具有这种可逆性的变形就叫做弹性变形，过度的弹性变形可能使容器呈现不稳定状态，甚至达到失稳程度。 1.3大应变疲劳

压力容器在交变应力的作用下，位于容器的某些局部区域（如开孔接管周围、局部结构不连续处等）受力最大的金属晶粒将会产生滑移并逐渐发展成为微小裂纹，且裂纹两端不断扩展，最终导致容器的疲劳破坏。疲劳首先出现在上述高应力的局部区域，即出现在这些高应力引起的大应变的地方，这种破坏就称大应变疲劳。压力容器的疲劳破坏一般具有以下特征：（1）容器没有明显的变形；（2）破裂的断口存在两个区域：疲劳裂纹产生至扩展区和最后断裂区；（3）容器常因开裂泄漏而失效；（4）疲劳破坏总是在容器经过反复的加载和卸载以后发生。 1.4腐蚀疲劳

腐蚀疲劳是金属材料在腐蚀和应力的共同作用下引起的一种破坏形式。在材料的腐蚀疲劳中，一方面由于腐蚀使金属表面局部损坏并促使疲劳裂纹的产生和发展；另一方面，交变的拉伸应力破坏金属表面的保护膜并促使表面腐蚀的产生。在交变应力的作用下，被破坏的保护膜无法再次形成，沉积在腐蚀坑中的腐蚀产物又阻止氧的扩散使保护膜难以恢复，所以腐蚀坑的底部始终处在活性状态之下而构成了腐蚀电池的阳极，就这样在腐蚀与交变应力的联合作用下，裂纹不断发展直至金属最后断裂。 1.5应力腐蚀

应力腐蚀是金属腐蚀介质和拉伸应力的共同作用下而产生的一种破坏形式。金属发生应力腐蚀时，腐蚀和应力这两个因素是相互促进的。一方面，腐蚀使金属的有效截面积减小和表面形成缺口，产生应力集中；另一方面，应力的存在加速了腐蚀的进展，使表面的腐蚀缺口向深处扩展，最后导致断裂。 1.6脆性破裂

工程上把没有明显塑性变形的断裂统称为脆性破裂，而压力容器的脆性破裂是指由塑性材料制成的压力容器，破裂时呈脆性破裂特征。压力容器发生脆性断裂的特征是：（1）容器器壁没有明显的伸长变形，容器的厚度一般没有改变。（2）断口呈金属光泽的结晶状，裂口

齐平与主应力方向垂直。（3）脆性破裂的容器常呈碎块状，且常有碎片飞出。（4）破裂事故多数在温度较低的情况下发生。（5）脆性断裂更容易在高强度钢制的压力容器和用中、低强度制造的厚壁容器上发生。 1.7氢腐蚀破坏

在高温高压下，吸附在钢表面的氢分子部分分解为氢原子或离子而固溶于钢表面层并向钢内扩散，它以氢脆和氢腐蚀两种方式影响着钢的性能。氢脆是由于氢扩散并溶解于金属晶格中，使钢在缓慢变形时产生脆性现象，此时钢的塑性显著降低。氢腐蚀是指氢原子或离子扩散进入钢中，将结合成氢分子，并部分地与微孔壁上的碳或碳化物及非金属夹杂物产生化学反应，这些不易溶解的气体生成物聚积在晶界原有的微隙内，形成局部高压，造成应力集中，使晶界变宽，发展成微裂纹，降低了钢的机械性能。 2 压力容器检验前的准备工作 2.1外部检验前的准备工作

（1）影响内外表面检验的附件或其它物体，应按检验要求进行清理或拆除；

（2）为检验而搭设的脚手架、轻便梯等设施，必须安全牢固，便于进行检验和检测工作； （3）压力容器操作人员的资格证件；检查时，压力容器使用单位的压力容器管理人员和操作人员应到场配合，协助检验工作，并提供检验人员需要的其它资料。 2.2全面检验前的准备工作

（1）检验前，必须切断与压力容器有关的电源，拆除保险丝，并设置明显的安全标志； （2）如需现场射线探伤时，应隔离出透照区，设置安全标志；

（3）必须将内部介质排除干净，用盲板隔断所有液体、气体或蒸汽的来源，设置明显的隔离标志；

（4）具有易燃、助燃、毒性或窒息性介质的，必须进行置换、中和、消毒、清洗，并取样分析，分析结果应达到有关规范、标准的规定。取样分析的间隔时间，应在使用单位的有关制度中作出具体规定；

（5）人孔和检查孔打开后，必须注意清除所有可能滞留的易燃、有毒、有害气体。压力容器内部空间的气体含氧量应在18%～23％(体积比)之间。必要时，还应配备通风、安全救护等设施；

（6）具有易燃介质的，严禁用空气置换；

（7）需要进行检验的表面，特别是腐蚀部位和可能产生裂纹性缺陷部位，应彻底清扫干净。 2.3耐压检验前的准备工作

（1）清除受压部件表面的灰尘和污物，对需要重点进行检查的部位还应拆除附件和保温层，以利于观察。

（2）对不参加水压试验的连通部件应采取可靠的隔断措施。 （3）加压前，参加试验的各个部件内部应上满水，不得残留气体。

（4）压力试验前，压力容器各连接部位的坚固螺栓，必须装配齐全，坚固妥当。压力表应符合有关要求。

（5）压力试验场地应有可靠的安全防护设施，并应经单位技术负责人和安全部门检查认可。压力试验过程中，不得进行与试验无关的工作，无关人员不得在试验现场停留。气压试验时，使用单位的安全部门应进行现场监督。

（6）介质毒性程度为极度、高度危害或设计上不允许有微量泄漏的压力容器，必须进行气密性试验，气密性试验时，安全附件应安装齐全。 3 压力容器常见缺陷检验 3.1关于焊缝错边量的检验

对在用压力容器而言，其焊缝错边量应为焊缝两侧焊趾处母材相互错开的高度。由于压力容器焊缝两侧母材的表面不可避免地存在着曲率的变化，表面的不平整，甚至存在飞溅、局部变形等缺陷，要准确测得焊缝错边量的大小并非易事。为此，在焊缝错边量的检测中应注意几点：

（1）检测前应首先目测压力容器上所有焊缝，分别找出纵焊缝和环焊缝上错边量最大值所处的部位，必要时可标上记号；

（2）测量错边量前应清除焊缝两侧的飞溅等可能影响测量结果的缺陷；

（3）对不等厚板材相焊的焊缝，其测量应扣除两板厚度差的影响。若厚板侧已被削成一定的斜度，则厚板侧的厚度应为厚板侧母材在焊趾处的实际厚度，可通过测厚或根据两板厚度差，削薄斜度和焊缝宽度确定。需要注意的是，在测量时如果右厚板侧母材高于薄板侧母材的一侧测量时，则错边量应减去两板厚度差。而在薄板侧母材高于厚板侧母材的一侧测量时，则测量值即为错边量，无需再减去两板厚度差。 3.2关于棱角度的检验

在测量棱角度时，应取焊缝两侧实测值的平均值作为该处的棱角度，这样也可使得在筒体内、外侧测得的棱角度值相一致。在棱角度的测量中，由于采用了具有一定长度或弦长的板板进行，而焊缝两侧则因各种原因常常与其标准曲面在一较宽的范围内存在偏差。这样，棱角度的测量值就与样板的长度（或弦长）有着直接的关系。在测量纵焊缝棱角度时，所用样板的弦长应为1/6Di，且不小于300mm，测量环焊缝棱角度时，所用样板的长度不得小于300mm。