1.3　压力容器的失效形式

通常，产品丧失规定功能的现象被称为失效，而压力容器失效则是由于压力或其他载荷超过许用极限而丧失正常工作的能力。各类压力容器的操作条件复杂多样，而且越来越苛刻，因此压力容器失效的形态也是多种多样的，主要是以强度、刚度、稳定性和腐蚀失效四种方式表现出来。由于压力容器的失效带来的一般都是数万元或上百万元的经济损失，严重时甚至造成人员伤亡的灾难性后果，因此如何预测和解决压力容器的失效问题已受到了人们广泛的关注。要预测和解决压力容器的失效，首先应熟悉、了解压力容器的失效形式。下面就介绍几种常见的失效形式。

1.3.1　强度失效

容器中某最大应力点超过屈服点后就会出现不可恢复的变形，此时由弹性状态进入塑性状态，随着载荷的增大，容器的塑性区不断地扩大，当载荷大到某一极限时，塑性区就会扩展到一定的范围，容器便失去了承载的能力。

1.3.2　刚度失效

容器或容器上的零部件不是因为强度不足，而是由于过大的弹性变形使部件等失去了正常的工作能力。这种失效形式通常出现在密封结构、换热设备等地方。

1.3.3　稳定性失效

容器在外压或其他外部载荷的作用下，由稳定的平衡状态变至另一个不稳定的状态，形状发生突然改变而丧失正常的工作能力。

1.3.4　腐蚀失效

腐蚀失效是压力容器失效的重要类型之一，金属腐蚀的形式是多种多样的，按金属与周围介质作用的性质分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类，但都是由于其工作环境所引起，包括应力腐蚀、氢脆、蒸汽腐蚀、碱脆、硫腐蚀、钒腐蚀、辐照脆化和液态金属脆化等类型。

应力腐蚀失效是指在拉应力作用下，一定材料与一定的介质环境发生应力腐蚀，而最终导致压力容器失效，是一种延迟破坏，造成的后果也比较严重。由于近代工业技术的发展，材料的工作环境条件越来越苛刻，零部件和材料的应力腐蚀问题也日益突出，解决应力腐蚀问题成为了当今的重要课题。应力腐蚀的必要条件是存在拉应力，而且所用材料与介质环境能发生应力腐蚀。因此，为了解决应力腐蚀问题，设计上通常采用仔细选择应力腐蚀敏感性低的材料、加缓蚀剂或保护层、阳极保护和避免或减小应力集中、改善危险截面的受力状况及避免工件表面层残余应力存在等措施；另外，生产工艺上通常采用适当的热处理工艺来降低材料对应力腐蚀的敏感性和减小工件的残余应力或避免应力集中。

金属的氢脆是指由于金属中存在氢而导致材料的塑性大为降低，从而使压力容器失效。氢脆的表现形式一般分为不可逆氢脆和可逆氢脆两类，前者是指氢造成的永久性损伤（如低合金钢在石油化工设备中或酸洗处理后因吸氢而出现氢鼓包等），后者是指排除氢后力学性能可以恢复的氢脆现象（如钢及一些合金钢中的氢致延迟破坏等）。氢脆产生的主要原因是氢在材料中来不及扩散或逸出而形成局部偏聚（偏析），材料中氢浓度越高越容易发生局部偏聚，材料表现为低应力下的延迟破坏。因此，为了解决氢脆问题，设计上通常采用选择氢脆敏感性小的材料、减小或消除拉应力、杜绝或减少氢的环境（如加缓蚀剂、保护层等）和改变应力状态等措施；另外工艺上也可通过表面处理（如滚压、喷丸等）使表面产生残余压应力。

蒸汽腐蚀实际上是由于高温下水蒸气的分解而造成金属的氧化和氢脆，为了防止蒸汽腐蚀，设计上通常选用高抗蒸汽腐蚀的材料。

碱脆是指由于碱的浓度达到一定程度而导致的应力腐蚀。

硫腐蚀是指由于硫的存在而在不同条件下产生不同形式的腐蚀现象，如高温硫腐蚀、含镍合金钢的硫腐蚀和低温硫腐蚀等。为防止硫腐蚀，通常采用钢材表面渗铝、含镍合金钢中加铬元素等措施。

钒腐蚀是指由于油等燃烧后产生的钒氧化物与高温金属接触时能破坏金属表面的氧化膜，加速腐蚀过程的发展。目前常采用的防止措施是加入添加剂。

辐照脆化是指在核技术的设备中，零部件处于高能电子、中子等粒子流的辐射下，结构材料发生脆化，通常表现为几何尺寸变化，体积膨胀，密度变小，强度、硬度上升和塑性下降以及物理性能的变化。

液态金属脆化是指固态金属与液态金属接触时造成的固态金属的塑性或强度的下降。防止液态金属脆化的方法很多，如选用敏感性低的材料，在固态金属上增加保护层等。