氫致疲勞破裂

壓力容器的疲勞破裂是指壓力容器在交變載荷的作用下,出現金屬疲勞而產生的裂紋。 發生疲勞破裂的條件有存在較高的局部應力及反覆的載荷。 壓力容器的疲勞破裂是器壁在交變應力作用下,經過裂紋的產生和擴展最後才斷裂的,所以它總是發生在壓力容器反覆多次的加壓和卸壓以後。

壓力容器的疲勞破裂是指壓力容器在交變載荷的作用下,出現金屬疲勞而產生的裂紋。疲勞裂紋的擴展也可以分為兩個階段。第一階段,壓力容器的裂紋通常是從金屬表面上的駐留滑移帶或非金屬夾雜物等處開始,沿最大切應力方向(和主應力方向近似45度;)的晶面向內擴展,由於各晶粒的位向不同以及晶界的阻礙作用,裂紋的方向逐漸轉向和主應力垂直,這一階段的擴展速度是很慢的。裂紋擴展方向和主應力方向相垂直的一段為擴展的第二階段。這一階段擴展的途徑是穿晶的。擴展的速率也較快。

產生條件

1、存在較高的應力集中。在壓力容器的接管、開孔、轉角以及其它幾何形狀不連續的地方,在焊縫附近,以及在鋼材存有缺陷的區域內都有程度不同的應力集中。有些區域的局部應力往往要比設計應力大好幾倍,可能達到或甚至超過材料的屈服極限。這些較高的局部應力如果僅僅是幾次的反覆作用,也並不會造成容器的破裂。但是如果頻繁地載入和卸載,就會使受力最大的晶粒由產生塑性變形而逐漸發展成微小的裂紋,隨著應力的周期變化,裂紋兩端逐步擴展,最後導致容器的破裂。
2、存在交變的載荷。壓力容器器壁上的反覆應力主要是在以下的情況中產生:間歇操作的容器經常進行反覆的加壓和卸壓;容器在運行過程中壓力在較大幅度的範圍內變化和波動;容器的操作溫度發生周期性的較大幅度的變化,引起壓力容器器壁溫度應力的反覆變化;容器有較大的強迫振動並由此而產生較大的局部應力;容器部件受到周期性的外載荷的作用。一般具有的特徵是容器沒有明顯的變形,壓力容器的疲勞破裂也是先在局部應力較高的地方產生微細的裂紋,然後逐步擴展,到最後所剩下的截面積的應力達到材料的斷裂強度因而發生開裂。所以,它也和脆性破裂一樣,一般沒有明顯的變形,即使它的最後斷裂區是韌性斷裂,也不會使容器產生整體塑性變形,即破裂後的容器直徑不會有明顯的增大,大部分壁厚也沒有顯著的減薄。疲勞破裂斷口一般都存在比較分明的兩個區域,一個是疲勞裂紋產生及擴展區,另一個是最後斷裂區。在壓力容器的斷口中,裂紋產生及擴展區並不像一般受對稱循環載荷機器零件那樣光滑,因為它所受的應力都是拉伸應力而沒有壓應力,斷面不會受到反覆的擠壓研磨。但它的顏色還是和最後斷裂區有區別。而且大多數壓力容器的載荷變化周期較長,裂紋擴展較為緩慢,加上器內介質在裂縫內的滲透侵蝕,所以有時仍可以見到裂紋擴展的弧形紋路。如果斷口上的紋路比較清晰,由此還可較易地找到產生疲勞裂紋的策源點。策源點的斷口一般都與其它區域的形貌不一樣,而且常常是在應力集中的地方,特別是在容器的接管處。容器常因開裂泄漏而失效,疲勞破裂的容器一般不像脆性破裂那樣,常常會產生脆片,而只是開裂一個縫口,使容器泄漏而失效。破裂總是在壓力容器經過反覆的加壓和卸壓以後發生。發生疲勞破裂的條件有存在較高的局部應力及反覆的載荷。壓力容器的疲勞破裂是器壁在交變應力作用下,經過裂紋的產生和擴展最後才斷裂的,所以它總是發生在壓力容器反覆多次的加壓和卸壓以後。而且疲勞裂紋從產生、擴展到斷裂,進展都比較緩慢,疲勞破裂的過程比起脆性破裂來要慢得多。至於需要經受多少次的交變載荷,壓力容器才會產生疲勞破裂,那就決定於它的局部應力的大小以及原來是否存在缺陷和缺陷的嚴重程度。一般來說,即使壓力容器存在缺陷,只要裂紋的深度並不超過它失穩擴展的臨界尺寸而發生脆性破裂。

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