失效形式

通常，產品喪失規定功能的現象被稱為失效，而壓力容器失效則是由于壓力或其他載荷超過許用極限而喪失正常工作的能力。各類壓力容器的操作條件比較復雜多樣，而且越來越苛刻，因此，壓力容器失效的形態也是多種多樣的，主要是以強度、剛度、穩定性和腐蝕失效四種方式表現出來。由于壓力容器的失效帶來的一般都是成萬或上百萬的經濟損失，嚴重時甚至造成人員傷亡的災難性后果，因此，如何預測和解決壓力容器的失效問題已受到了人們廣泛的關注。要預測和解決壓力容器的失效，首先應熟悉壓力容器的失效形式。下面就介紹幾種常見的失效形式。

01 強度失效

容器中某最大應力點超過屈服點后就會出現不可恢復的變形，此時由彈性狀態進入塑性狀態，隨著載荷的增大，容器的塑性區不斷擴大，當載荷大到某一極限時，塑性區就會擴展到一定的范圍，容器便失去了承載能力。

02 剛度失效

容器或容器上的零部件不是因為強度不足，而是由于過大的彈性變形使部件等失去了正常的工作能力。這種失效形式通常出現在密封結構、換熱設備等地方。

03 穩定性失效

容器在外壓或其他外部載荷的作用下，由穩定的平衡狀態變至另一個不穩定的狀態，形狀發生突然改變而喪失正常的工作能力。

04 腐蝕失效

腐蝕失效是壓力容器失效的重要類型之一，金屬腐蝕的形式是多種多樣的，按金屬與周圍介質作用的性質分為化學腐蝕和電化學腐蝕兩大類，但都是由于其工作環境所引起，包括應力腐蝕、氫脆、蒸汽腐蝕、堿脆、硫腐蝕、釩腐蝕、輻照脆化和液態金屬脆化等類型。

應力腐蝕失效是指在拉應力作用下，一定材料與一定的介質環境發生應力腐蝕，而最終導致壓力容器失效，是一種延遲破壞，造成的后果也比較嚴重。由于近代工業技術的發展，材料的工作環境條件越來越苛刻，零部件和材料的應力腐蝕問題也日益突出，解決應力腐蝕問題成為了當今的重要課題。應力腐蝕的必要條件是存在拉應力，而且所用材料與介質環境能發生應力腐蝕。因此，為了解決應力腐蝕問題，設計上通常采用仔細選擇應力腐蝕敏感性低的材料、加緩蝕劑或保護層、陽極保護和避免或減小應力集中、改善危險截面的受力狀況及避免工件表面層殘余應力存在等措施；另外，生產工藝上通常采用適當的熱處理工藝來降低材料對應力腐蝕的敏感性和減小工件的殘余應力或避免應力集中。

金屬的氫脆是指由于金屬中存在氫而導致材料的塑性大為降低，從而使壓力容器失效。氫脆的表現形式一般分為不可逆氫脆和可逆氫脆兩類，前者是指氫造成的永久性損傷（如低強鋼在石油化工設備中或酸洗處理后因吸氫而出現氫鼓包等）；后者是指排除氫后力學性能可以恢復的氫脆現象（如鋼及一些合金鋼中的氫致延遲破壞等）。氫脆產生的主要原因是氫在材料中來不及擴散或逸出而形成局部偏聚（偏析），材料中氫濃度越高越容易發生局部偏聚，材料表現為低應力下的延遲破壞。因此，為了解決氫脆問題，設計上通常采用選擇氫脆敏感性小的材料、減小或消除拉應力、杜絕或減少氫的環境（如加緩蝕劑、保護層等）和改變應力狀態等措施；另外，工藝上也可通過表面處理（如滾壓、噴丸等）使表面產生殘余壓應力。

蒸汽腐蝕實際上是由于高溫下水蒸氣的分解而造成金屬的氧化和氫脆，為了防止蒸汽腐蝕，設計上通常選用高抗蒸汽腐蝕的材料。

堿脆是指由于堿的濃度達到一定程度而導致的應力腐蝕。

硫腐蝕是指由于硫的存在而在不同條件下產生不同形式的腐蝕現象，如高溫硫腐蝕、含鎳合金鋼的硫腐蝕和低溫硫腐蝕等。為防止硫腐蝕，通常采用鋼材表面滲鋁、含鎳合金鋼中加鉻元素等措施。

釩腐蝕是指由于油等燃燒后產生的釩氧化物與高溫金屬接觸時能破壞金屬表面的氧化膜，加速腐蝕過程的發展。目前，常采用的防止措施是加入添加劑。

輻照脆化是指在核技術的設備中，零部件處于高能電子、中子等粒子流的輻射下，結構材料發生脆化，通常表現為幾何尺寸變化，體積膨脹，密度變小，強度、硬度上升和塑性下降以及物理性能的變化。

液態金屬脆化是指固態金屬與液態金屬接觸時造成的固態金屬的塑性或強度的下降。防止液態金屬脆化的方法很多，如選用敏感性低的材料，在固體金屬上增加保護層等。