容器类失效分析实例

1、容器类失效分析实例本部分主要介绍化工设备、采油装置等通常暴霹于化学腐蚀介质中的压力容器及其附件的失效分析实例。对于容器类进行失效分析时，应考虑其加工、装配、运输及存放条件；另一方面，还要考虑环境介质及温度的影响。工作温度对容器寿命的影响可从下面两个方面来考虑：低温条件下，是指容器在低于韧一脆性转变温度条件下加压力或施加应力，可能出现脆性断裂。高温条件下，腐蚀、氧化、蠕变或持久断裂均可能出现。工作压力也是一个重要的因素， 它直接影响压力容器的寿命。例如快速的气流或液流能使金属表面遭到冲蚀损害。间歇式地工作也能影响压力容器的寿命。长期停歇将大大加剧压力容器内及外部金属表面的腐蚀。长期停机时， 建议

2、在容器系统中充氮及氦等气体，以防止腐蚀。系统中各部件均要考虑工作温度、工作压力的影响，否则将由于某一个附件失效，影响整个系统的正常工作。容器失效1消声器断裂失效型号为 KXP(2H) 25A 的消声器， 1984 年 3 月装在上海锅炉厂65T H 号炉的新气管上使用，情况良好，同年7 月送往兰州发电厂正式使用，在很短时间内发生爆裂。消声器主要用在锅炉高压蒸气排放处，减小放气时发出的噪声，工作时承受约1MPa 的压力，温度约400500，放气时产生较大的冲击力和高频振动。该消声器简体材料采用1Crl8Ni9Ti奥氏体不锈钢， 钢板厚度为4mm(封头材料与筒体相同) ，冷卷成筒体，然后纵缝焊接。

3、为便于打孔，经890保温4 小时稳定化处理。最后以环缝焊接筒体与封头、短筒与法兰盘而成。焊接纵缝采用手工钨极氩弧焊打底，焊接电流I 70A ，用奥 137 或奥 132 焊条盖面，环缝采用手工电弧焊。消声器开裂是沿纵向焊接的熔合线发展，裂纹弯弯曲曲向焊肉和基体中延伸。沿主裂纹两侧出现二次裂纹，见图l 、 2 所示。断口颜色为多种色彩混合，在不同地区分别显示出紫蓝色、铁灰色、金黄色、近黑色。断口表面比较光滑、平齐，出现明显的疲劳台阶和疲劳条纹特征。根据上述检验结果可以断定，该消声器断裂是由于焊接时采用了较大焊接电流，使焊缝区金属在较长时间内处于过热状态，促使晶枝长大， 机械性能下降。 而焊缝区出

4、现大量气孔和夹杂物， 造成应力集中，使疲劳强度降低，在恶劣的使用条件下，导致短时间使用中产生1破裂。图象说明 ：沿焊缝的熔合线开裂的宏观形貌。图1OPI图象说明 ：在主裂纹两侧出现的二次裂纹。图2OPI2抗 H2 S采气井口阀体失效开裂部件为 70MPa 抗 H2S 采气井口阀体，材料为ZG35CrMo ，铸造后经 860淬火，700回火 2 小时处理，阀体进行水压试验时，在高压下爆破。爆破的阀体共2 只，其中甲阀体在 30.5MPa 压力下爆破，不符合设计要求，其外观形貌如图13 所示。断口宏观形貌如图 14 所示。乙阀体在化学成分略作调整后试验于37.5MPa 压力下爆破，符合设计要求。它

5、的外观形貌如图16 所示。宏观断口， 可看到两个裂源，一个是铸造气孔缺陷如图17、18、19 所示。根据断口的宏观及微观分析可知， 甲阀体韧性较好， 但强度较低， 造成在低于设计要求压力下， 通过剧烈塑性变形后爆破。 而乙阀体爆破压力达到设计要求， 爆破断口呈现脆性断裂，说明阀体材料强度较高，若能减少铸造缺陷，则会进一步提高其抗爆力。2图 13OPI图象说明 ：甲断口爆破后于起爆部位的外观裂纹形貌，有明显的塑性变形特征。图象说明 ：爆破后的甲阀体沿纵向剖开后的外观形貌，可见中部有裂纹，如箭头所指。图 14 OPI图象说明 ：乙阀体爆破后的宏观断口形貌。在断口上可观察到人字形条纹，这是解理断裂的

6、宏观特征。图 16OPI3图象说明 ：乙阀体爆破后从阀体上掉下一块的断口形貌，能清楚地观察到人字纹。人字纹的起源处在外壁，如图中箭头所示。图 17OPI图象说明 ：图 17 箭头所示处的放大，可清楚地看到人字纹起源于阀体表面的气孔处，这种气孔是铸造时残留下的缺陷，在高压力作用下成为应力集中区，形成起爆源，见箭头所示处。图 18OPI4图 19OPI图象说明 ：乙阀体断口上另一起爆源区，见图中箭头所示处。也为表面铸造气孔。3高压容器耳环断裂失效高压容器耳环材料为30CrMnSiA 钢，其热处理工艺为：880 10油淬， 510回火。在台架上做高压振动试验时，发现耳环根部开裂。高压容器技术要求：整

7、体部分的硬度为HRC42-46 ，耳环根部的硬度为HRC3638 。根据断口的宏观标记放射状条纹，可判断高压容器耳环断裂的裂源在耳环的根部，见图 23 白色箭头所指的夹角处。从图23 中还可看出，耳环宏观断口大致上可分为A 、 B、C 三个不同的区域。区断口平整面积很小，是裂纹的缓慢扩展区。5B 区具有明显的脆性宏观形貌特征放射状条纹。放射状条纹的发展方向为裂纹的扩展方向；放射状条纹的汇集处为AK 的平整部分。 B 区的面积最大，从放射状条纹的特征可知其裂纹扩展较快，属瞬时断裂区。C 区是面积较小窄长的区域，是耳环最终断裂的剪切唇区，断面倾斜45 度角。另外，从宏观上还可以看出耳环根部表面较粗

8、糙，并且还存在着较明显的加工刀痕。图象说明 ：高压容器耳环断口宏观外貌。白色箭头指示处为裂源。按断口宏观特征将断口划为裂源区（ A 区）；裂纹扩展区（B 区）；剪切唇区（ C 区）。耳环根部表面较粗糙，加工刀痕明显可见。图 23 OPI容器附件失效分析1活塞销座断裂失效活塞销座材质为LD5 铸铝合金，热处理工艺：540水淬， 130时效 12 小时，活塞工作温度大约在7080，工作转速n=300400 转 /分。该活塞销座大约只工作了1000 小时就发现销座底部倒角处开裂。断口的宏观形貌如图28。通过对断口观察及分析，活塞销座的断裂原因是由于加工及铸造缺陷所引起的疲劳断裂。图象说明 ：箭头指示部位为裂源，可以看出裂源在销座底部R 倒角处，呈现台阶状； 尤其是油孔附近与倒角处应力集中，裂源多半在此处萌生。 断口宏观形貌具有放射状条纹及疲劳年轮标记。 放射状条纹的汇聚处为裂源。 放射状条纹的方向为裂纹扩展方向， 年轮形貌表明断口是典型的疲劳断口。图 28 OPI62泥桨泵泵头断裂失效勃海四号钻井船是从国外引进的设备，从1977 年 9 月开始钻井，两台泥桨泵的六个泵体中五个泵头于1982 年 10 月先后开裂失效。在开裂的泵体中，裂源均起源于凡尔座孔与吸人通孔的相贯线部位，裂纹向垂直和水平两个方向延伸，逐渐变窄而尖锐。泥桨泵泵头材料为AISl8630