壓力容器設計制造中脆性斷裂問題的控制策略

杭俊

摘要：在壓力容器的設計和制造過程中，相關企業應對脆性斷裂問題進行全面的分析，研究新的制造方法，明確實際生產要求，制定完善的質量管理方案，避免發生斷裂事故，影響企業經濟效益。本文就壓力容器設計制造中脆性斷裂問題的控制策略開展探究與分析。

關鍵詞：壓力容器;脆性斷裂;控制策略

在壓力容器的設計和制造過程中，經常會發生脆性斷裂，這嚴重影響了容器的制造質量和使用安全。因此，在未來的開發過程中，應根據壓力容器設計制造的要求，建立完善的脆性斷裂分析機制，創新設計制造形式，確保采用合理的控制方法，處理和解決相關問題，提高壓力容器的制造效果，達到預期的質量管理目的。

一、壓力容器脆性斷裂產生條件分析

（一）壓力容器存在缺口

由于缺口處應力作用下的問題，壓力容器容易出現脆性斷裂。對于一些壓力容器，最大應力和最大切應力將導致其受到一定的影響，在最大切應力的情況下，壓力容器容易出現變形，在塑性變形期間，裂紋中的能量被吸收，裂紋不斷擴展，導致出現脆性斷裂。因此，切應力的大小與容器裂紋區域在應力作用下的軟硬程度有關。在比值小的情況下，塑性變形會減少，在比值大的情況下，塑性變形很容易發生脆性斷裂。因此，應該壓力容器進行應力分析，以確保分析結果的準確性。

（二）環境與介質因素影響

通常用于壓力容器的材料是高強度鋼，這種材料在氫氣作用下容易出現脆化，危險系數極高。一般來說，氫脆化高強度鋼的溫度在零下101攝氏度到100攝氏度之間，在一些特殊媒介的影響下，許多材料將出現應力腐蝕和嚴重的脆性斷裂[1]。同時，壓力容器的脆性斷裂與玻璃和聚合物的強度直接相關。例如，PMMA 的抗拉強度在接觸酒精后會逐漸減少，這將導致壓力容器在應力的影響下出現脆性斷裂，嚴重影響其使用價值。

二、壓力容器脆性斷裂的評價措施

（一）缺口沖擊試驗

脆性可以通過缺口沖擊試驗分析法進行分析。根據能量標準和斷裂標準，合理分析試驗期過程中的溫度等因素，結合實際生產和設計情況，明確相關標準，合理研究材料的切口韌性，獲得準確的測試結果，保證材料滿足實際發展需要。如圖1為缺口沖擊試驗機。

（二）爆炸脹裂試驗

可對壓力容器進行爆炸脹裂試驗，明確斷裂后結構的脹裂情況。在試驗過程中應嚴格控制溫度范圍，主要是因為在氣溫上升的情況下，會出現裂縫現象。因此，應合理控制相關問題，以便通過先進的試驗方法確定壓力容器設計和制造結構的類型，確保在嚴格的管理和控制之下進行生產。

三、壓力容器脆性斷裂的控制措施

（一）完善設計方案

為保證結構材料的合理性，采用科學的方法選用容器材料，提高焊接材料的強度，保證其性能符合有關規定。在綜合分析過程中，應對結構類型和設計環節進行分析，明確造價因素和事故因素，探討技術經濟問題。在此期間，可以購買性能良好的切口韌性材料，以確保結構材料的使用價值得到提高。在購買焊接材料時，應保證焊接條的質量符合有關規定，可以使用低氫型焊接條，對金屬結構進行焊接[2]。同時，要分析焊條與金屬之間的兼容性，及時發現切口韌性問題，采取有效措施解決問題，以提高材料的質量。為保證壓力容器生產使用的原料材料符合有關規定，企業可采用試驗方法對原料材料進行評定，確定原料切口韌性，滿足設計和生產要求。

（二）合理使用焊接技術

為避免壓力容器出現脆性斷裂情況，可采用埋弧焊技術進行焊接，通過多層次的焊接，改善切口的韌性，以提高結構制造質量[3]。此外，也可采用氣體保護焊接技術進行作業，主要是將氬氣或氫氣與二氧化碳融合，以更好地焊接結構和提高壓力容器的抗脆性斷裂能力，以滿足當前的實際生產要求。

（三）加強殘余應力的控制

作業人員應采取有效措施消除殘余應力，確保容器的制造水平得到提高。 一般情況下，焊接的殘余應力會降低壓力容器的抗脆性斷裂能力，嚴重影響結構質量。在容器制造過程中有很多方法可以消除殘余應力，如機械應力釋放、溫度拉伸等。如果制造商要使用焊接后的余熱來消除殘余應力，則應仔細分析焊接結構的切口韌性，以確保消除殘余應力的效果，避免影響切口韌性。例如，使用CR-M 焊條對金屬進行焊接處理，可以有效地增強接口的韌性，達到良好的處理效果。但在熱處理75kg/m2高強度鋼期間，切口韌性將會降低，殘余應力消除效果不能得到保證。

四、結束語

總而言之，在壓力容器的制造過程中，經常會發生脆性斷裂現象，嚴重影響了其制造效率，不能保證實際工作效果。因此，在今后的發展中，相關制造企業應采用科學的試驗方法進行檢測，優化設計方案，采用適宜的焊接技術，逐步提高壓力容器的抗脆斷能力。

參考文獻：

[1]王鋒濤.壓力容器設計制造中脆性斷裂問題的控制策略探索[J].內燃機與配件，2017，（23）：72-74.

[2]陳思宇，張文華.承壓熱沖擊下壓力容器斷裂力學分析[J].中國設備工程，2017，（5）：133-134.

[3]李俊林，王軍，劉文彬， 等.基于斷裂力學與腐蝕機理的低溫壓力容器的選材研究[J].化學工程師，2015，29（10）：34-36，43.

[4]張依妮. 壓力容器設計制造中脆性斷裂問題的控制研究[J]. 化工管理， 2015， 000（027）：127.

[5]管思語， 曹玉. 壓力容器設計制造中脆性斷裂問題的控制探究[J]. 工程技術：全文版， 2016（11）：00235-00235.

（作者單位：江蘇洪流化工機械有限公司）