第8章气瓶失效基础知识.pdfVIP

气瓶检验员（QP-1 ）培训教材 第8 章 气瓶失效基础知识 8.1 概述 气瓶属于移动式压力容器，使用范围极其广泛，而且，所装介质多为易燃、易爆、有毒、腐蚀性 气体，一旦发生爆炸，不但其碎片和气体瞬间还原产生的冲击波伤害人员、摧毁房屋和设备，还会由 于气体的扩散而引起空间着火、爆炸和中毒，导致灾难性事故的发生，给经济发展和人民生命财产带 来严重损失，对社会安定造成巨大影响。 按照国际通用定义，“产品丧失其规定功能的现象称为失效” 。气瓶的失效经常是由多方面原因造 成的。失效的主要来源包括设计、选材、制造工艺（特别是热加工工艺，例如，热冲孔、热收口、热 处理等）、检查、试验、质量控制、使用条件、气体充装、贮存状态……但又都是由于气瓶的强度（包 括机械强度、抗化学腐蚀强度等）因素与应力（包括机械应力，残余应力等）因素和环境（介质和温 度等）因素不相适应所造成的。气瓶的失效是经常发生的，某些失效还往往带来生命财产方面的巨大 损失。气瓶的失效总是从气瓶上最不适应的部位开始，而且，气瓶失效的残体上，必然保留着失效过 程的迹象。所以，对气瓶失效模式的分析，对于气瓶定检项目的制定、检验方法的研究、合格标准的 确立，都是有着积极的推动作用。 8.2 气瓶失效常见几种模式 8.2.1 弹性失效 气瓶的强度设计准则，既不是以塑性失效为判废准则（即要使瓶壁上应力最大点的材料进入屈服 阶段以后，当塑性变形区不断扩展，直到整个瓶壁截面发生屈服，气瓶才算丧失其规定功能）；也不是 以爆破失效为判废准则，而是以弹性失效为判废准则（即瓶壁受力最大点的应力强度（指筒体一次应 力）达到材料的屈服点（Rel ）后，气瓶的环向残余变形限制在所用材料的弹性范围。 从国内外气瓶标准的有关规定进行分析，其特征不论是以容积残余变形率 η，还是以容积弹性变 形量 E·E ，作为气瓶定期检验中水压试验合格的评定指标，均要求气瓶在水压试验压力下不产生明显 的塑性变形。这是在用气瓶，特别是在用无缝气瓶在定检中判废的主要依据之一。 8.2.2 屈服失效 气瓶内压会使气瓶产生可恢复的弹性变形，这是正常的现象。但当内压增加到一定程度时，气瓶 便产生了不可恢复的变形——塑性变形。 由于塑性变形而引起的失效，称之为屈服失效。其特征是失效气瓶存在着明显的塑性变形，如鼓 胀（圆周长超差）、扭曲等变形特征。 塑性变形很容易判断，用肉眼即可看出。这一缺陷一般在气瓶外观初检阶段，便可剔出判废。 8.2.3 塑性断裂失效 ·284 · 第8 章 气瓶失效基础知识 当气瓶所承受的实际应力大于该气瓶材料的屈服应力时，瓶体将产生塑性变形。如果实际应力进 一步增加，而该气瓶性能的塑性较好时，就可能发生塑性断裂。这种失效模式称为塑性断裂失效。 塑性断裂失效的特点是在气瓶断裂以前，有一定程度的塑性变形，其主要特征是： 1．在裂纹或断口附近有宏观塑性变形。例如：断口与气瓶表面呈45°角（或成45°角的剪切唇）、 断口粗糙、色泽灰暗、呈纤维状。 2 ．在断口上用扫描电镜观察，可见大面积的韧窝形貌。 3 ．用高倍金相显微镜观察，裂纹或断口附近的金相组织，有明显的塑性变形层。 4 ．气瓶一般无碎片或碎片很少。 5 ．气瓶实际爆破压力接近计算爆破压力。 导致塑性断裂失效的主要原因有如下几种： 1．超压、超温。 2 ．因设计、制造或腐蚀造成壁厚不足。 3 ．气瓶内部发生化学爆炸。 8.2.4 脆性断裂失效 根据气瓶在断裂前是否存在明显的塑性变形，可以把气瓶的所有断裂型式，分为塑性断裂与脆性 断裂两大类。我们把气瓶在断裂前，没有一定塑性变形的失效，称之为脆性断裂失效。脆性断裂失效 的主要特征为： 1．气瓶破坏时几乎无明显的塑性变形。断口呈金属光泽的结晶状，断口齐平，与主应力垂直，断 口的源区边缘没有剪切唇。裂纹起始于缺陷处或几何形状突变处。 2 ．宏观观察断口，可见“人字纹” ；用扫描电镜观察断口，可见河流花样或“冰糖块”状断口。 3 ．气瓶常断裂成较多碎片。 4 ．在低温的情况下容易发生。 5 ．脆性断裂包括开裂和裂纹扩展两个阶段，开裂一般发生在材料韧性低的缺陷处，裂纹扩展 是指裂纹尖端处的材料应力超过材料的强度极限时，裂纹以极高的速度扩展导致气瓶发生脆性断 裂。