压力容器设计制造中脆性断裂问题的控制策略

杭俊

摘要：在压力容器的设计和制造过程中，相关企业应对脆性断裂问题进行全面的分析，研究新的制造方法，明确实际生产要求，制定完善的质量管理方案，避免发生断裂事故，影响企业经济效益。本文就压力容器设计制造中脆性断裂问题的控制策略开展探究与分析。

关键词：压力容器;脆性断裂;控制策略

在压力容器的设计和制造过程中，经常会发生脆性断裂，这严重影响了容器的制造质量和使用安全。因此，在未来的开发过程中，应根据压力容器设计制造的要求，建立完善的脆性断裂分析机制，创新设计制造形式，确保采用合理的控制方法，处理和解决相关问题，提高压力容器的制造效果，达到预期的质量管理目的。

一、压力容器脆性断裂产生条件分析

（一）压力容器存在缺口

由于缺口处应力作用下的问题，压力容器容易出现脆性断裂。对于一些压力容器，最大应力和最大切应力将导致其受到一定的影响，在最大切应力的情况下，压力容器容易出现变形，在塑性变形期间，裂纹中的能量被吸收，裂纹不断扩展，导致出现脆性断裂。因此，切应力的大小与容器裂纹区域在应力作用下的软硬程度有关。在比值小的情况下，塑性变形会减少，在比值大的情况下，塑性变形很容易发生脆性断裂。因此，应该压力容器进行应力分析，以确保分析结果的准确性。

（二）环境与介质因素影响

通常用于压力容器的材料是高强度钢，这种材料在氢气作用下容易出现脆化，危險系数极高。一般来说，氢脆化高强度钢的温度在零下101摄氏度到100摄氏度之间，在一些特殊媒介的影响下，许多材料将出现应力腐蚀和严重的脆性断裂[1]。同时，压力容器的脆性断裂与玻璃和聚合物的强度直接相关。例如，PMMA 的抗拉强度在接触酒精后会逐渐减少，这将导致压力容器在应力的影响下出现脆性断裂，严重影响其使用价值。

二、压力容器脆性断裂的评价措施

（一）缺口冲击试验

脆性可以通过缺口冲击试验分析法进行分析。根据能量标准和断裂标准，合理分析试验期过程中的温度等因素，结合实际生产和设计情况，明确相关标准，合理研究材料的切口韧性，获得准确的测试结果，保证材料满足实际发展需要。如图1为缺口冲击试验机。

（二）爆炸胀裂试验

可对压力容器进行爆炸胀裂试验，明确断裂后结构的胀裂情况。在试验过程中应严格控制温度范围，主要是因为在气温上升的情况下，会出现裂缝现象。因此，应合理控制相关问题，以便通过先进的试验方法确定压力容器设计和制造结构的类型，确保在严格的管理和控制之下进行生产。

三、压力容器脆性断裂的控制措施

（一）完善设计方案

为保证结构材料的合理性，采用科学的方法选用容器材料，提高焊接材料的强度，保证其性能符合有关规定。在综合分析过程中，应对结构类型和设计环节进行分析，明确造价因素和事故因素，探讨技术经济问题。在此期间，可以购买性能良好的切口韧性材料，以确保结构材料的使用价值得到提高。在购买焊接材料时，应保证焊接条的质量符合有关规定，可以使用低氢型焊接条，对金属结构进行焊接[2]。同时，要分析焊条与金属之间的兼容性，及时发现切口韧性问题，采取有效措施解决问题，以提高材料的质量。为保证压力容器生产使用的原料材料符合有关规定，企业可采用试验方法对原料材料进行评定，确定原料切口韧性，满足设计和生产要求。

（二）合理使用焊接技术

为避免压力容器出现脆性断裂情况，可采用埋弧焊技术进行焊接，通过多层次的焊接，改善切口的韧性，以提高结构制造质量[3]。此外，也可采用气体保护焊接技术进行作业，主要是将氩气或氢气与二氧化碳融合，以更好地焊接结构和提高压力容器的抗脆性断裂能力，以满足当前的实际生产要求。

（三）加强残余应力的控制

作业人员应采取有效措施消除残余应力，确保容器的制造水平得到提高。 一般情况下，焊接的残余应力会降低压力容器的抗脆性断裂能力，严重影响结构质量。在容器制造过程中有很多方法可以消除残余应力，如机械应力释放、温度拉伸等。如果制造商要使用焊接后的余热来消除残余应力，则应仔细分析焊接结构的切口韧性，以确保消除残余应力的效果，避免影响切口韧性。例如，使用CR-M 焊条对金属进行焊接处理，可以有效地增强接口的韧性，达到良好的处理效果。但在热处理75kg/m2高强度钢期间，切口韧性将会降低，残余应力消除效果不能得到保证。

四、结束语

总而言之，在压力容器的制造过程中，经常会发生脆性断裂现象，严重影响了其制造效率，不能保证实际工作效果。因此，在今后的发展中，相关制造企业应采用科学的试验方法进行检测，优化设计方案，采用适宜的焊接技术，逐步提高压力容器的抗脆断能力。

参考文献：

[1]王锋涛.压力容器设计制造中脆性断裂问题的控制策略探索[J].内燃机与配件，2017，（23）：72-74.

[2]陈思宇，张文华.承压热冲击下压力容器断裂力学分析[J].中国设备工程，2017，（5）：133-134.

[3]李俊林，王军，刘文彬， 等.基于断裂力学与腐蚀机理的低温压力容器的选材研究[J].化学工程师，2015，29（10）：34-36，43.

[4]张依妮. 压力容器设计制造中脆性断裂问题的控制研究[J]. 化工管理， 2015， 000（027）：127.

[5]管思语， 曹玉. 压力容器设计制造中脆性断裂问题的控制探究[J]. 工程技术：全文版， 2016（11）：00235-00235.

（作者单位：江苏洪流化工机械有限公司）