第五讲 高压容器的破裂

1、1 1高压容器破裂的原因高压容器破裂的原因压力容器压力容器制造过程制造过程中产生缺陷的主要类型中产生缺陷的主要类型l 焊接裂纹焊接裂纹l 未焊透和未熔合未焊透和未熔合l 夹渣夹渣l 气孔气孔l 表面缺陷表面缺陷l 组织缺陷组织缺陷 2高压容器破裂的原因高压容器破裂的原因（2）焊瘤）焊瘤 焊缝焊缝中的液态金属中的液态金属流到加热不足未熔化的流到加热不足未熔化的母材上或从焊缝根部溢母材上或从焊缝根部溢出，冷却后形成的未与出，冷却后形成的未与母材熔合的金属瘤即为母材熔合的金属瘤即为焊瘤。焊接规程过强、焊条熔化过快、焊条质量欠佳（如偏焊瘤。焊接规程过强、焊条熔化过快、焊条质量欠佳（如偏芯），焊接电源特

2、性不稳定及操作姿势不当等都容易带来焊芯），焊接电源特性不稳定及操作姿势不当等都容易带来焊瘤。在横、立、仰位置更容易形成焊瘤。瘤。在横、立、仰位置更容易形成焊瘤。 凹坑凹坑指焊缝表指焊缝表面或背面根部的低面或背面根部的低于母材的部分。凹于母材的部分。凹坑多是由于收弧时坑多是由于收弧时焊条（焊丝）未作焊条（焊丝）未作短时间停留造成的短时间停留造成的，仰，仰立、横焊时，常在焊缝背面根部产生内凹。立、横焊时，常在焊缝背面根部产生内凹。未未焊满焊满是指焊缝表是指焊缝表面上连续的沟槽。填面上连续的沟槽。填充金属不足是产生未充金属不足是产生未焊满的根本原因。规焊满的根本原因。规范太弱，焊条过细，范太弱，焊条

3、过细，运条不当等会导致未运条不当等会导致未焊满焊满。防止防止未焊满的措施：未焊满的措施：u 加大加大焊接电流，加焊盖面焊缝。焊接电流，加焊盖面焊缝。 烧穿烧穿是指焊接过程中，是指焊接过程中，熔深超过工件厚度，熔熔深超过工件厚度，熔化金属自焊缝背面流出，化金属自焊缝背面流出，形成穿孔性缺陷。焊接形成穿孔性缺陷。焊接电流过大，速度太慢，电流过大，速度太慢，电弧在焊缝处停留过久，都会产生烧穿缺陷。工件电弧在焊缝处停留过久，都会产生烧穿缺陷。工件 间隙太大间隙太大，钝边太小也容易出现烧穿现象。，钝边太小也容易出现烧穿现象。 选用选用较小电流并配合合适的焊接速度，减小装配间隙，较小电流并配合合适的焊接速

4、度，减小装配间隙，在焊缝背面加设垫板或药板，使用脉冲焊，能有效地防止烧在焊缝背面加设垫板或药板，使用脉冲焊，能有效地防止烧穿。穿。 气孔气孔是指焊接时，溶池中的气体未在是指焊接时，溶池中的气体未在金属凝固前溢出，残存于焊缝之中所形成的金属凝固前溢出，残存于焊缝之中所形成的空穴。其气体可能是溶池从外界吸收的，也空穴。其气体可能是溶池从外界吸收的，也可能是焊接冶金过程中反应生成的。可能是焊接冶金过程中反应生成的。高压容器破裂的原因高压容器破裂的原因 常温常温固态金属中气体的溶解度只有高温液态金属固态金属中气体的溶解度只有高温液态金属 中气体中气体溶解度的几十分之一，溶池金属在凝固过程中，有大量的气

5、溶解度的几十分之一，溶池金属在凝固过程中，有大量的气体要从金属中逸出来。当凝固速度大于气体逸出速度时，就体要从金属中逸出来。当凝固速度大于气体逸出速度时，就形成气孔。形成气孔。 气孔气孔减少了焊缝的有效截面积，使焊缝疏松，从而降低了接减少了焊缝的有效截面积，使焊缝疏松，从而降低了接头的强度，降低塑性，还会引起泄漏。气体也在引起应力集中的头的强度，降低塑性，还会引起泄漏。气体也在引起应力集中的因素。氢气孔还可能促成冷裂纹。因素。氢气孔还可能促成冷裂纹。单个点状夹渣单个点状夹渣条状夹渣条状夹渣链状夹渣链状夹渣密集夹渣密集夹渣 点点状夹渣的危害与气孔相似，带有尖角的夹渣会产生尖端应力集中，状夹渣的危

6、害与气孔相似，带有尖角的夹渣会产生尖端应力集中，尖端还会发展为裂纹源，危害较大。尖端还会发展为裂纹源，危害较大。高压容器破裂的原因高压容器破裂的原因 再再热裂纹的产生机理有多种解释，其中楔形开裂理论的解释如下：近缝区金属在高热裂纹的产生机理有多种解释，其中楔形开裂理论的解释如下：近缝区金属在高温热循环作用下，强化相碳化物（碳化钛、碳化钒、碳化铌、碳化铬等）沉积在晶内的温热循环作用下，强化相碳化物（碳化钛、碳化钒、碳化铌、碳化铬等）沉积在晶内的位错区上，使晶内强化强度大大高于晶界强化，尤其是当强化弥散分布在晶粒内时，会位错区上，使晶内强化强度大大高于晶界强化，尤其是当强化弥散分布在晶粒内时，会阻

7、碍晶粒内部的局部调整，又会阻碍晶粒的整体变形，这样，由于应力阻碍晶粒内部的局部调整，又会阻碍晶粒的整体变形，这样，由于应力松弛而带来的塑性变形就松弛而带来的塑性变形就主要由晶界金属来承担，主要由晶界金属来承担，于是，晶界区金属会产生于是，晶界区金属会产生滑移，且在三晶粒交界处滑移，且在三晶粒交界处产生应力集中，就会产生产生应力集中，就会产生裂纹，即所谓的楔形开裂。裂纹，即所谓的楔形开裂。高压容器破裂的原因高压容器破裂的原因 未未焊透的危害之一是减少了焊缝的有效面积，使接头强度下降。其次，焊透的危害之一是减少了焊缝的有效面积，使接头强度下降。其次，未焊透引起的应力集中所造成的危害，比强度下降的危

8、害大的多。未焊透严未焊透引起的应力集中所造成的危害，比强度下降的危害大的多。未焊透严重降低焊缝的疲劳强度。未焊透可能成为裂纹源，是造成焊缝破坏的重要原重降低焊缝的疲劳强度。未焊透可能成为裂纹源，是造成焊缝破坏的重要原因。因。高压容器破裂的原因高压容器破裂的原因高压容器破裂的原因高压容器破裂的原因压力容器压力容器使用过程使用过程中产生缺陷的主要类型中产生缺陷的主要类型31高压容器破裂的原因高压容器破裂的原因高压容器破裂的原因高压容器破裂的原因弹性阶段弹性阶段 当外力消失，材料仍能回到原理的状态而不产生明显的塑性变形；弹塑性阶段弹塑性阶段 材料发生很大的塑性变形，外载荷消失后材料不再恢复原状，塑性

9、变形仍将保留断裂阶段断裂阶段 应力超过了材料的强度极限后，材 料将发生断裂3738高压容器破裂的原因高压容器破裂的原因u钢材在特定条件下会产生脆性或脆化钢材在特定条件下会产生脆性或脆化 冷脆性冷脆性 ：在：在0左右的低温下钢材韧性的明显降低。左右的低温下钢材韧性的明显降低。 蓝脆性蓝脆性 ：在：在200300时钢材的韧性降低。时钢材的韧性降低。 热脆性热脆性 ：某些钢材长期停留在：某些钢材长期停留在400500温度范围内以后冷却至温度范围内以后冷却至室温，其冲击值明显下降室温，其冲击值明显下降。 碱脆：高浓度碱性介质和应力的共同作用下，钢材变脆。碱脆：高浓度碱性介质和应力的共同作用下，钢材变脆

10、。 氢脆：钢材接触氢或含氢介质而导致韧性明显降低。氢脆：钢材接触氢或含氢介质而导致韧性明显降低。 黑脆：钢材长期承受高温，其渗碳体分解析出石墨，使钢材韧性黑脆：钢材长期承受高温，其渗碳体分解析出石墨，使钢材韧性明显下降的现象。明显下降的现象。414446 破裂特征破裂特征破裂形式破裂形式塑性变形塑性变形断口形貌断口形貌破坏形式破坏形式应力状态应力状态韧性破裂韧性破裂明显明显断口不齐平，暗断口不齐平，暗灰色纤维状灰色纤维状撕裂撕裂达到强度极限达到强度极限脆性破裂脆性破裂不明显不明显断口齐平，呈金断口齐平，呈金属光泽的结晶状属光泽的结晶状裂成碎片裂成碎片低于屈服极限低于屈服极限50脆性脆性破破裂与韧性破裂裂与韧性破裂 u脆性（脆性（brittle）：韧度低）：韧度低u韧性（韧性（ductile） ：韧度高：韧