论凹坑缺陷压力容器安全评定

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1、论凹坑缺陷压力容器安全评定【摘要】本文将分析凹坑缺陷压力容器的结构失效形式，和凹坑缺陷压力容器的安全评定方法，以此来提高凹坑缺陷压力容器的使用安全性。【关键词】凹坑缺陷;压力容器;安全评定0.前言压力容器随着使用时间的增加，就会出现许多安全隐患，做好定期的检测是很有必要的，做好评定，才能保证安全状态。压力容器壳体上形成凹坑缺陷又是比较常见的，凹坑缺陷的形成存在多方面的原因，但是大多数是焊接时出现的未焊透、咬边、腐蚀、裂纹等表面缺陷或存在气孔和夹渣等体积型方面缺陷,那么在凹坑缺陷处，压力容器就会产生很高的局部应力，使得在凹坑缺陷处出现裂纹，并引发开裂，

2、严重地会影响压力容器的承载能力，所以对含凹坑缺陷的压力容器进行力学分析，以及安全评定是非常必要的。并且需要对凹坑缺陷不同的分布状况,做到采用了不同的方法进行安全评定。1.凹坑缺陷压力容器结构失效的形式凹坑缺陷结构的失效形式包括脆性断裂和塑性失稳为主。1.1脆性断裂形式5脆性断裂主要因素有三个方面，包括容器中存在着缺陷，材料的韧性差，一定的应力应变条件。脆性断裂可以分内在因素和外在因素。结构中存在缺陷和材料的韧性差是造成脆性破坏的内因。外在因素是压力、温度和介质是促成脆性破坏性。当压力容器存在缺陷时，并且在一定外加应力作用下缺陷附近（尖端）的应力应变就

3、会增强，在根据不同的结构几何特点和缺陷几何情况，那么在应变状态和缺陷几何的组合使应力强度因子达到或者是超过材料的断裂韧性时，缺陷产生快速的失稳扩展，以此导致结构发生脆性断发生。1.2压力容器塑性失稳当压力容器等旋转壳结构厚度远小于其半径时,往往由内压和离心力引起壁内的拉应力等可视为沿壁厚均匀分布的.根据韧性材料在塑性状态下的拉伸失稳分析结果，失稳应变等于材料拉伸试件颈缩发生时的应变。尤其是在一定的温度、应变率或合适的预变形下，很多填隙式或置换式固溶体内会出现材料的特殊塑性失稳现象，那么对于当壳结构材料为塑性强化材料而内压和离心力增至一定数值时,壳体变

4、薄的效果抵消了应变强化效果.变形继续增大时,所受内压反而降低.导致壳结构的另一种破坏形式,通常称之为拉伸塑性失稳。2.凹坑缺陷压力容器的安全评定方法5压力容器用途极为广泛，是一种装载易燃并且易爆、有剧毒和腐蚀性介质等的特种设备，在我国工业、民用、军工等部门和科学研究起着重要意义。尤其是在断裂力学在压力容器中的应用下,试验表明:预加过载可以使残余应力峰值区产生局部屈服,经过应力的再分配使得应力峰值减小；同时适宜的预加过载也可使裂纹尖端钝化。结果在交变载荷作用下的容器,施加了一个过载荷后,其裂纹扩展速率将迅速下降,甚至可以下降到“da/dN=0”[1]。

5、2.1压力容器缺陷评定系统的主要功能模块一是缺陷评定模块：这个模块主要是进行失效模式判别、应力分析、计算并绘制评定曲线及评定点等，并最终给出评定结论。输入参数主要包括缺陷尺寸、容器结构数据及材料性能数据等。评定时，需要选择评定规范及评定方法，同时，评定模型可能要求更详细的状态描述数据，所以模块提供了人机交互接口，并且模块还具有计算机绘制评定曲线和评定点等功能。二是数据库管理模块：主要功能包括建立与后台数据库系统平台的连接，用户身份的认证，数据的查询、检索，对评定数据的添加、删除及修改。为了数据库的安全性需要为不同的用户设置相应的管理使用权限。三是系统

6、知识库模块：主要功能是为技术人员提供使用手册，包含了评定的理论基础、评定方法及系统的使用方法和操作过程等。2.2压力容器缺陷计算机辅助评定过程5一是失效模式的判断：压力容器缺陷的失效模式有断裂、塑性失稳、疲劳失效等失效形式。可以根据失效形式选择合适的评定规范和相应的评定方法。二是典型缺陷的危害性分析与缺陷表征：从偏于安全的角度出发，对现行缺陷进行表征规则化处理，复杂缺陷简化为几何结构、表面凹坑、埋藏裂纹、腐蚀等缺陷。三是压力容器的应力应变分析：选用合适的应力分析方法，确定压力容器的受力状态，主要参数有薄膜应力、弯曲应力、残余应力、峰值应力等。四是确定

7、材料性能参数：采用取样的方法，进行拉伸、硬度、断裂韧性等各项机械性能测试，并进行化学成分、显微组织与断口分析，为安全评定研究提供可靠数据。五是缺陷安全评定计算：根据安全评定图或评定准则完成缺陷评定。对于缺陷评定的详细流程图完成软件的模块化设计，包括缺陷评定模块、数据库管理模块、系统知识库模块等。如球罐寿命判定，先知道原始数据。内径Di=7400mm,壁厚S=22mm,焊缝系数?=0.9,设计压力P为0.8MPa,最大工作压力pmax=0.7MPa,最小工作压力pmin=013MPa,循环压力幅Δp=0.4MPa；工作循环次数为3000次/年,工作介质

8、为干燥空气,工作温度为常温；罐体材料为Q235-B钢,屈服强度σy=235MPa,弹性模量E=2×105MP