『壹』 钢结构脆性断裂破坏事故的因素有哪些
从一般情况上讲，脆性破坏的主要特征表现为断裂时伸长量极其微小。如果钢结构的最终破坏是由于其构件的脆性断裂导致的，那么我们称结构发生了脆性破坏。对于脆性破坏的结构，几乎观察不到构件的塑性发展过程，往往没有破坏的预兆，因而脆性破坏的后果经常是灾难性的.工程设计的任何领域，无一例外地都要力求避免结构的脆性破坏。深圳钢结构脆性断裂破坏大致可分为以下几类。
①过载断裂:由于过载，钢材强度不足而导致的断裂。这种断裂破坏发生的速度通常极高(可高达2 100 m/s)，后果极其严重.在钢结构中，过载断裂只出现在高强钢丝束、钢绞线和钢丝绳等脆性材料做成的构件。
②非过载断裂:塑性很好的钢构件在缺陷、低温等因素影响下突然呈脆性断裂。
③应力腐蚀断裂:在腐蚀性环境中承受静力或准静力荷载作用的结构，在远低于屈服极限的应力状态下发生的断裂破坏称为应力腐蚀断裂。它是腐蚀和非过载断裂的综合结果。一般认为，强度越高则对应力腐蚀断裂越敏感。而对于常见碳钢和低合金钢而言，屈服强度大于700 MPa时，才表现出对应力腐蚀断裂的敏感性.
④疲劳断裂与腐蚀疲劳断裂:在交变荷载作用下，裂纹的失稳扩展导致的断裂破坏称为疲劳断裂;腐蚀性介质的作用，会对构件的疲劳寿命产生更显著的不利影响。近年来，由于海洋工程结构的发展，腐蚀疲劳已经成为疲劳研究的一个重要课题。疲劳断裂有高周和低周之分。循环周数在10以上者称为高周疲劳，属于钢结构中常见的情况。低周疲劳断裂前的周数只有几百或几十次，每次都有较大的非弹性应变.典型的低周疲劳破坏往往产生于强烈地震作用下。
⑤氢脆断裂:氢可以在冶炼和焊接过程中侵人金属，造成材料韧度降低导致断裂。焊条在使用前需要烘干，就是为了防止氢脆断裂.
钢结构脆性破坏在铆接结构时期就已经有所发生，不过为数不多，因而没有引起人们的重视;在焊接逐渐取代铆接的时期，脆性破坏事故增多。从1938年发生比利时哈塞尔特的全焊空腹析架桥破坏到1960年止，除船舶外，世界各地至少发生过40起引人注目的大型焊接结构破坏事故。
焊接结构出现脆性破坏事故比铆接结构频繁，其原因如下。
①焊缝经常会或多或少存在一些缺陷，如裂纹、欠焊、夹渣和气孔等，这些缺陷往往成为断裂的起源。
②焊接后钢结构内部存在残余应力。残余应力未必是破坏的主因，但和其他因素结合在一起，可能导致开裂。
③焊接钢结构的连接处往往有较大刚性，当出现三条相互垂直的焊缝时，材料的塑性变形就很难发展。给出焊接区应力一应变关系曲线和原材料应力一应变曲线的对比。
④焊接使结构形成连续的整体，一旦裂缝开展，就有可能一断到底，不像在铆接结构中，裂缝常常在接缝处终止。
⑤对选材在防止脆性破坏中的重要性认识不足。
1、网架质量如杆件变形、弯曲或者断裂等
2、焊接不成熟，气泡、微裂不达标准
3、网架挠度过大，超过了设计规定相应设计值的1.15倍。
4、预埋件不符合规范要求，间距、间差超标
5、梁柱端板孔位不对应，大小错位
6、支撑、系杆、隅撑等位置不合理、或加工错误
深圳钢结构脆性破坏事故的不断发生，除了采用焊接外，还有以下原因:结构比过去复杂，有些结构的使用条件恶劣(如海洋结构)，有的荷载很大，钢材强度和钢板厚度都有提高和增大的趋势，设计时采用更精细的计算方法并利用材料非弹性性能以降低造价，致使结构的实际安全储备比过去有所降低。
『贰』 应力腐蚀的主要因素是什么哪些介质可引起碳钢和低合金钢的应力腐蚀
应力腐蚀破裂是金属在应力(拉应力)和腐蚀性介质的共同作用下(并有一定的温度条件)所引起的破裂。
应力腐蚀较为复杂当应力不存在时腐蚀裂纹发展很慢，以至在材圆谨轮料寿命期内不发生开裂；当有应力并达到一定的水平后，金属会在腐蚀并不严重的情况下发生破裂橘信，由于这样的破裂是脆性的，并没有明显预兆，容易造成灾难性事故。
可能产生应力腐蚀破裂的金属材料和环境组合主要有以下几种：
1、对碳钢和低合金钢，介质有碱液，硝酸盐溶液，无水液氨，湿硫化氢，,醋酸等；
2、对奥式体不锈钢，介质有氯离子，氯化物+蒸汽，硫化氢，碱液等；
3、对含钼奥式体不晌源锈钢，介质有碱液，氯化物水溶液，硫酸+硫酸铜的水溶液等；
4、对黄铜，介质有氨气及溶液，氯化铁，湿二氧化硫等，
5、对钛，介质有含盐酸的甲醇或乙醇，熔融氯化钠等；
6、对铝，介质有湿硫化氢，含氢硫化氢，海水等。
『叁』 影响钢材发生冷脆的化学元素是哪些
1、碳（C）：钢中含碳量增加,屈服点和抗拉强度升高,但塑性和冲击性降低,当碳量0.23％超过时,钢的焊接性能变坏,因此用于焊接的低合金结构钢,含碳量一般不超过0.20％.碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力,在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外,碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性.
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂,所以镇静钢含有0.15－0.30％的硅.如果钢中含硅量超过0.50-0.60％,硅就算合金元素.硅能显著提高钢的弹性极限,屈服点和抗拉强度,故广泛用于作弹簧钢.在调质结构钢中加入1.0－1.2％的硅,强度可提高15－20％.硅和钼、钨、铬等结合,有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用,可制造耐热钢.含硅1－4％的低碳钢,具有极高的导磁率,用于电器工业做矽钢片.硅量增加,会降低钢的焊接性能.
3、锰（Mn）：在炼钢过程中,锰是良好的脱氧剂和脱硫剂,一般钢中含锰0.30－0.50％.在碳素钢中加入0.70％以上时就算“锰钢”,较一般钢量的钢不但有足够的韧性,且有较高的强度和硬度,提高钢的淬性,改善钢的热加工性能,如16Mn钢比A3屈服点高40％.含锰11－14％的钢有极高的耐磨性,用于挖土机铲斗,球磨机衬板等.锰量增高,减弱钢的抗腐蚀能力,降低焊接性能.
4、磷（P）：在一般情况下,磷是钢中有害元素,增加钢的冷脆性,使焊接性能变坏,降低塑性,使冷弯性能变坏.因此通常要求钢中含磷量小于0.045％,优质钢要求更低些.
5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素.使钢产生热脆性,降低钢的延展性和韧性,在锻造和轧制时造成裂纹.硫对焊接性能也不利,降低耐腐蚀性.所以通常要求硫含量小于0.055％,优质钢要求小于0.040％.在钢中加入0.08-0.20％的硫,可以改善切削加工性,通常称易切削钢.
6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中,铬能显著提高强度、硬度和耐磨性,但同时降低塑性和韧性.铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性,因而是不锈钢,耐热钢的重要合金元素.
7、镍(Ni)：镍能提高钢的强度,而又保持良好的塑性和韧性.镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力,在高温下有防锈和耐热能力.但由于镍是较稀缺的资源,故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢.
8、 钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化,提高淬透性和热强性能,在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力,发生变形,称蠕变).结构钢中加入钼,能提高机械性能. 还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性.在工具钢中可提高红性.
9、钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂.它能使钢的内部组织致密,细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性.改善焊接性能.在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛,可避免晶间腐蚀.
10、钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂.钢中加0.5％的钒可细化组织晶粒,提高强度和韧性.钒与碳形成的碳化物,在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力.
11、钨(W)：钨熔点高,比重大,是贵生的合金元素.钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性.在工具钢加钨,可显著提高红硬性和热强性,作切削工具及锻模具用.
12、铌(Nb)：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性,提高强度,但塑性和韧性有所下降.在普通低合金钢中加铌,可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力.铌可改善焊接性能.在奥氏体不锈钢中加铌,可防止晶间腐蚀现象.
13、钴(Co)：钴是稀有的贵重金属,多用于特殊钢和合金中,如热强钢和磁性材料.
14、铜(Cu)：武钢用大冶矿石所炼的钢,往往含有铜.铜能提高强度和韧性,特别是大气腐蚀性能.缺点是在热加工时容易产生热脆,铜含量超过0.5％塑性显著降低.当铜含量小于0.50％对焊接性无影响.
15、铝(Al)：铝是钢中常用的脱氧剂.钢中加入少量的铝,可细化晶粒,提高冲击韧性,如作深冲薄板的08Al钢.铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能,铝与铬、硅合用,可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力.铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能.
16、硼(B)：钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能,提高强度.
17、氮(N):氮能提高钢的强度,低温韧性和焊接性,增加时效敏感性.
18、稀土(Xt)：稀土元素是指元素周期表中原子序数为57-71的15个镧系元素.这些元素都是金属,但他们的氧化物很象“土”,所以习惯上称稀土.钢中加入稀土,可以改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质,从而改善了钢的各种性能,如韧性、焊接性,冷加工性能.在犁铧钢中加入稀土,可提高耐磨性.
『肆』 钢结构焊接后产生残余应力和变形的主要原因是什么
焊件在焊接过程中，热应力、相变应力、加工应力等超过屈服极限（Yield strength），以致冷却后焊件中留有未能消除的应力。 这样，焊接冷却后的残余在焊件中的宏观应力称为残余焊接应力。焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比容不同的组织是产生焊接应力和变形的根本原因。 焊接残余应力，是焊接工程研究领域的重点问题。涉及焊接的各种工程应用中，都十分关注残余应力的影响。例如，在土木工程领域，对于钢结构焊接连接，残余应力对结构的疲劳性能，稳定承载力等均有影响。
焊接应力有暂时应力与残余应力之分。暂时应力只在焊接过程中一定的温度条件
下存在，当焊件冷却至常温时，暂时应力即行消失。焊接残余应力是指焊件冷却后残留在焊件内的应力。从结构的使用要求来看，焊接残余应力有着重要意义。残余应力按其方向可分为纵向、横向和沿厚度方向的应力三种。
1.纵向焊接残余应力
焊接过程一个不均匀加热和冷却的过程。在施焊时，焊件上产生不均匀的温度场，
焊缝及附近温度最高，可达1600℃以上，其邻近区域则温度急剧下降。不均匀的温度场将产生不均匀的膨胀。焊缝及附近高温处的钢材膨胀最大，由于受到两侧温度较低，膨胀较小的钢材的限制，产生了热状态塑性压缩。焊缝冷压时，被塑性压缩的焊缝区趋向于缩得比原始长度稍短，这种缩短变形受到焊缝两侧钢材的限制，使焊缝区产生纵向拉应力。在低碳钢和低合金钢中，这种拉应力以常达到钢材的屈服强度。焊接残余应力是荷载未作用时的内应力，因此会在焊件内部自相平衡，这就必然在距焊缝稍远区域应力。用三块剪切下料的钢板焊成的工字形截面，纵向焊接残余应力分布。
2.横向残余应力
横向残余应力产生的原因有：①由于焊缝纵向收缩，两块钢板趋向于外弯成弓形的趋势，但在实际上焊缝将两块钢板连成整体，不能分开，于是在焊缝中部将产生横向拉应力，而在两端产生横向压应力。②焊缝在施焊过程中，先后冷却的时间不同，先焊的焊缝已经凝固，且具有一定的强度，会阻止后焊焊缝在横向的自由膨胀，使其产生横向的塑性压缩变形。当焊缝冷却时，后焊焊缝的收缩受到已凝固焊缝的限制而产生横向拉应力，同时在先焊部分的焊缝内产生横向压应力。横向收缩引起的横向应力与施焊方向及先后次序有关，焊缝的横向残余应力是上述两种原因产生的应力的合成。
3.沿焊缝厚度方向的残余应力
在厚钢板的连接中，焊缝需要多层施焊。因此，除有纵向和横向残余应力之外，沿厚度方向还存在着残余应力。这三种应力可能形成比较严重的同号三轴应力；会大大降低结构连接的塑性。这就是焊接结构易发生脆性破坏的原因之一。
以上分析是焊件在无外加约束情况下的焊接残余应力。若焊件施焊时处在约束状态，如采用强大夹具或焊件本身刚度较大等，焊件将因不能自由伸缩变形而产生更大的焊边残余应力，且随约束程度增加而增大。
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『伍』 浅谈影响几种常见钢氢脆的因素
1 碳钢和低合金钢 （ 合金元素总量小于 5%的合金钢 ）
碳钢和低合金钢当抗拉强度超过 1000M P a 是可能出现各种形式
的氢脆；当抗拉强度低于 680M P a 时则很少出现氢脆。钢制压力管内 部的氢压达到 80￣100M P a
时经常出现氢脆。在钢制压力容器中，随 着氢压的增加氢脆严重。钢暴露在氢气中，拉伸试验发现塑性降低并早
期断裂，同时也出现静载荷下的延滞断裂。裂纹拓展速率随氢压的增大 而增高。当温度在室温附近时，氢致开裂最敏感。用稀有气体稀释氢不
能防止氢脆。但在氢气中加入少量氧可完全阻止氢脆，因为氧可以优先 吸附在金属表面防止氢的吸附及向内部扩散。随着钢的强度增高，氢脆
敏感性增加。当应力强度因子高时出现穿晶断裂，应力强度因子低时出 现沿晶断裂。合金元素对氢脆敏感性的影响是有争议的。经常出现相互
，对抗氢脆有利，S 和 矛盾的结果。强碳化物形成元素，如 M o、V 、Ti P 有害。
焊接接头的焊缝区和热影响区对氢脆比较敏感，这与该区的显微 组织特征和高硬度有关。美国腐蚀工程师协会曾试图规定抵抗氢脆材料 的洛氏硬度不超过
22，但当钢的硬度低于该值时，发现 H 2S 引起氢脆， 因此，至今未能制定出防止 H 2S 氢脆的强度等级。钢在水和水溶液中
的氢脆于抗拉强度有关。当抗拉强度低于 680M P a 时，具有良好的抗 氢脆能力。抗拉强度在 680M P a￣1000M P a
时，钢仍具有抗氢脆能力 或只有轻微氢脆敏感性。当高于 1000M P a 时，大多数钢具有氢脆敏感
性，并且强度越高氢脆敏感性越大，钢的强度不仅影响裂纹萌生的最小 应力或最小应力强度因子，而且影响裂纹扩展速率。
钢在水溶液中的氢脆是由于腐蚀过程中钢表面生成了氢并吸附在 表面，而后进入内部所致。裂纹一般沿晶界发展，有时也发现穿晶裂
纹。而且裂纹扩展路径与应力强度因子 K 1 有关，当 K 1 较高时是穿晶断 裂。裂纹扩展速率与 K 1 的关系曲线分为三段。当 K 1
较低时，裂纹扩展 速率呈指数规律快速增长；在中等 K 1 时，裂纹扩展速率保持不变；当 K 1 很高时，扩展速率再次增高，在第
I阶段有时出现裂纹分叉。改变环 境介质将影响氢致开裂行为。一般情况下，改变介质对强度较低是光滑
试样影响较大。在稀溶液中增大氯化物离子浓度使裂纹扩展速率增高。 温度不影响氢致开裂的应力门槛值，但升高温度可增大第 I阶段扩展速
率。根据扩展速率与温度的关系计算的激活能与氢在钢中的扩散激活能 相近。改变钢的成分和显微组织有时能改变钢的氢致开裂抗力。增加碳
和锰的含量使抗力降低，其它合金元素的影响还不清楚。通常淬火回火
态高合金钢的抗力比低合金钢的大。当化学成分相同时，回火马氏体比 贝氏体的裂纹扩展速率低。形变淬火和细化奥氏体晶粒有利于低抗氢脆。
一般情况下，当钢的强度低于 1400M P a 时，提高断裂韧性可提 高氢致开裂门槛值。防止高强度钢在水溶液中氢脆的唯一有效的方法是
，但保护膜中的缺陷又可 降低其强度。表面涂层也可以有效防止氢脆， 能导致开裂。在焊接件中，当接头与母材的强度相等时，其氢脆抗力较
母材低。如果热影响区的硬度比母材高，也可产生氢致裂痕。
2 不锈钢
奥氏体不锈钢对应力腐蚀开裂很敏感，但对氢脆则几乎不敏感。
其主要原因是，奥氏体钢具有面心立方结构，氢不能在其中扩散渗透， 氢含量极低，不致引起塑性降低。铁素体不锈钢如处于退火态，硬度很
低，氢脆抗力较大。但如果经过冷变形或焊接，则对氢脆很敏感。 马氏体和沉淀硬化型不锈钢因强度高而具有氢脆敏感性。裂纹几
乎是穿晶的，在马氏体不锈钢中裂纹沿原奥氏体晶界发展。当屈服强度 增高时，氢脆敏感性增高。冶金组织是影响氢脆的第二位的因素。在这
种钢中介质的影响是很难预测的。几乎任何能放出氢的介质都能在这种 钢中引起氢脆。防治的措施有：表面涂层以防止氢进入金属；采用适当
的热处理可去除已经进入金属的氢，但往生影响钢的强度。
3 马氏体时效钢
马氏体时效钢是以无碳 （ 或微碳 ） 马氏体为基体的，时效时能产
生金属间化合物沉淀硬化的超高强度钢。与传统高强度钢不同，它不用 碳而靠金属间化合物的弥散析出来强化。马氏体时效钢的氢脆性随着含
氢量的增加和屈服强度的增高而增大。预先渗氢试样中的裂纹可能沿原 奥氏体晶界发展，也可能是穿晶准解理断裂。当强度和氢含量相同时，
马氏体时效钢的氢脆敏感性比淬火回火的低合金高强度钢低，这是由于 马氏体时效钢的含碳量很低。在 150￣205℃下保温可去除马氏体时效
钢中的氢，而又不改变其显微组织。
『陆』 不锈钢 与碳钢焊接为什么会长出现裂纹，请高手指点该怎么做
不锈钢
与碳钢焊接为什么会长出现裂纹，请高手指点该怎么做：
低碳钢与奥氏体不锈钢之间的焊接在这类异种钢焊接接头中，由于其工作条件有晶间腐蚀和应力腐蚀问题，通常选择E309型的焊接材料，但当这种焊接接头处于温度较高的环境（设计温度≥315℃）时，为了防止在工作过程中发生碳的迁移，通常采用镍合金含量较高的焊接材料（如Inconel182焊条等）。
低合金钢与奥氏体不锈钢之间的焊接低合金钢通常都是在温度较高（设计温度≥315℃）的条件下使用，这种与奥氏体不锈钢相焊的异种接头，通常要求抗高温蠕变、控制碳迁移以及高温抗氧化能力，可采用镍基合金焊接材料（如Inconel82焊丝和Inconel182焊条等）。但是，在氢系统中，由于强烈的氢腐蚀作用，采用的焊接材料不同，焊后得到的焊缝化学成分和金相组织不同，从而影响接头在工作过程中氢脆化而引起的剥离裂纹敏感性。当采用镍基焊条（如Inconel182焊条等），焊后焊缝靠近低合金钢一侧生成的单一奥氏体，多是与熔合线平行的粗大晶粒，且不含铁素体，这种组织容易产生剥离裂纹。而采用E309焊材，焊后焊缝靠近低合金一侧形成奥氏体和铁素体的混合组织，这种组织不易产生裂纹。
『柒』 简述航空金属材料常用的防腐措施
飞机结构中最常见的金属腐蚀有︰麻点腐蚀（pitting corrosion）、异电位腐蚀（galvanic corrosion）、鳞落腐蚀（exfoliation）、应力腐蚀（stress corrosion），以下分别就其原因、现象、预防或处置方式进行探讨。
麻点腐蚀
某些金属在大气环境下，表面会形成一薄膜而失去相对的化学活性，而使腐蚀行为变弱，此种现象称为钝化（passivity），如︰不锈钢、铝、铅、钛等合金均具有此特性。麻点腐蚀专发生于具有钝化膜的金属表面上，其中以不锈钢最容易发生。
麻点腐蚀是一种局部的腐蚀现象，金属表面呈现多处点状的锈蚀，直径可由0.002到0.2公分，腐蚀方向为垂直向下侵蚀，发生原因是由于环境或金属表面的性质不均匀（如︰表面缺陷、成份不均等），导致环境中的氯离子被吸附在金属表面某些点上，使钝化膜破坏生成微小的孔洞，孔洞底部因空气不流通缺氧而形成阳极，孔洞外围则因氧气充足形成阴极，在阴阳两极的电化学反应下，金属表面就发生麻点腐蚀。
图1 不锈钢表面的麻点腐蚀
麻点腐蚀的危险在于其外表特征微小而难以察觉及预防，以致结构已有严重的麻点腐蚀仍不自知，造成结构突然的意外破坏。
金属表面的小刮痕或刻痕，很容易导致麻点腐蚀的发生，因此要防止此种腐蚀，金属表面镜面（mirror polish）处理是个相当有效的方式。
异电位腐蚀
异电位腐蚀的现象可说是电镀的逆过程，电镀时两根金属棒分别接于直流电源的阳极和阴极，并置于电解液中形成电导通状态，阳极的金属棒在电解液中会溶解成金属正离子和电子，金属正离子会被阴极金属棒所吸引，和其电子结合成金属附着沉积于表面上；电子则在直流电源的驱动下去补充阴极金属棒所失去的电子。在这个过程中，阳极的金属棒因持续溶解而逐渐被“腐蚀＂。
同样的道理，当两种或两种以上不同的金属材料搭接成电导通状态时，因为彼此间的电位（potential）不同，材料间就会有电流通过，加上潮湿的环境有类似电解液的功用，致其中某一材料会产生坑洞状的腐蚀，并有硫化物、氯化物（chloride）、氧化物的沉积。被腐蚀的材料称为阳性（anodic）或活性（active）材料，未被腐蚀的材料则称为阴性（cathodic）或惰性（passive）材料。
图2 镁金属表面与不锈钢件接触面产生的电位腐蚀
一般而言，会影响异电位腐蚀速率的因素有：
组成成分：不锈钢表面的铬（chromium）若和铁混合成合金状态，则此不锈钢成为活性材料；若成氧化铬的型态，则成为惰性材料。后者也是不锈钢和铝合金搭接时，为防止异电位腐蚀而实施表面钝化处理（passivating treatment）的原理。
相对面积：异电位腐蚀的速率和惰性/活性材料的面积比成正比，若大面积的活性材料和小面积的惰性材料相搭接，则大面积下电流密度会被稀释，活性材料可能就不会被腐蚀。反过来说，小面积的活性材料和大面积的惰性材料相搭接，则由于电流密度的增加，活性材料很快就会被腐蚀殆尽。
极性改变：在某些情况下，相搭接的金属极性会改变，使腐蚀的发生位置和预期相反。例如铁和锌搭接时，在含有硝酸盐（nitrate）或重碳酸盐（bicarbonate）的溶液中，当温度超过140℉时，电极性会改变。其原因目前仍不清楚，不过一般相信和腐蚀物的导电度有关。最常见的例子是铝梯中的钢制螺栓，虽然铝合金的电位较高，但实际情况是钢制螺栓腐蚀很快，而铝梯则没有什么影响。
要防止异电位腐蚀，相互搭接的各结构零组件得挑选电位相近的材料，注意配对的材料是否有异电位腐蚀的顾虑。各种材料彼此间的影响程度是根据相互间的相对电位差而定，差距越大，异电位腐蚀越激烈。
通过对几种常见金属的相对活性比较，位置越往上的材料其电位越高，活性也越大，容易被腐蚀；位置越往下的材料其电位越低，惰性也越大，有免于被腐蚀的保护作用。
如果非得使用不同类型的材料，可以用不导电的分隔物把两材料分开，让彼此完全绝缘，一般也可以用铬酸盐（chromate）或环氧树脂（epoxyresin）涂装做阻隔，但前提是这些涂层不会受到机械性的破坏。若实在无法解决，就得先防患未然，将活性零件做得大一些，或是做成容易更换的零件。
在以往飞机工业未使用先进复合材料（Advanced Composite Material）前，所使用的材料主要是铝和经过钝化处理的不锈钢，异电位腐蚀较不常见，但随着对性能及隐身性的要求，新一代战机已广泛采用此种强度高、重量轻、雷达不易探测的新材料。先进复合材料中的石墨（graphite）纤维和铝的电位差很大，两者交界面有异电位腐蚀的顾虑，地面维护人员在平日维修时要特别注意。
图3 常见金属的相对活性比较
鳞落腐蚀
顾名思义，鳞落腐蚀的外观会有如鱼鳞片般的迭层剥落，这种腐蚀具有明显的方向性，通常会平行于滚制（rolled）或射出成形（extruded）的面，侵蚀被拉长的材料晶粒，造成表面结构的脱层（delamination）或形成多层面（stratification）。
环境因素是造成鳞落腐蚀的主因，例如环境中有氯化物和溴化物（bromide）离子的存在、高温、酸性的环境、间歇性的干和湿……等，后者尤其会产生不可溶解的腐蚀物，加快腐蚀速率。
在材料表面涂装底漆及化学保护膜可改善鳞落腐蚀抵抗力，不过这只能延缓鳞落腐蚀发生的时间，无法完全防止，且一旦此保护层被腐蚀，则底下的材料将处于无保护状态，短时间内会被腐蚀而破碎。
鳞落腐蚀的一般处理原则是磨除腐蚀区域，再加以适当的表面防蚀处理。
图4 T-37教练机角条鳞落腐蚀
应力腐蚀
应力腐蚀是材料在化学侵蚀环境下与机械性拉伸应力同时作用下的结果。一般的腐蚀是以材料被剥蚀的型态出现，而应力腐蚀则以裂纹的型态出现，且表面几乎没有任何腐蚀物堆积的现象，因此很容易被忽略，形成潜伏的危险因素。造成应力腐蚀的四个基本条件是：敏感性合金（susceptible alloy）、侵蚀环境、施加或残余拉伸应力、以及时间。
应力腐蚀广见于多种材料及环境中，根据统计，应力腐蚀损坏最常出现于低合金钢（low alloy steel）、锆（zirconium）、黄铜（brass）、镁（magnesium）及铝合金。这些材料应力腐蚀损坏的外表及行为都不相同，不过一般而言都具有一些共同的特性：
1.大部分破断面在巨观下是脆性（brittle）带有少量的韧性撕裂（ctile tearing）现象，有些材料的破坏模式会介于韧性和脆性之间。
图5 F-5前机身上纵梁应力腐蚀裂纹
2.一定是拉伸应力（tensile stress）和环境同时作用的结果，轮流作用不会产生应力腐蚀，且应力大小没有绝对的关系。应力大，环境的因素就比较小；应力小，环境的因素就比较大。
3.材料表面的氧化膜受到机械或化学外力的破坏形成小凹洼（pit），应力腐蚀初始裂纹（initial crack）就由小凹洼的根部开始成长，这段期间应力的影响很小，腐蚀是主要的原动力（driving force），裂纹方向和主应力（principal stress）方向一致，与一般疲劳裂纹和主应力方向垂直的情况大不相同。
4.裂纹走向会在沿着晶粒边界（intergranular）或穿透晶粒（transgranular）中二选一，全看材料、环境、应力大小这三者的组合而定。在不锈钢材里，裂纹通常会穿透晶粒，且会造成一特别的晶体面（crystallographic），但在某些介质中，特别是腐蚀性溶液或是高氧化物漂白剂中，裂纹会沿着晶粒边界。在高强度合金钢中，裂纹会沿着晶粒边界；铝合金基本上亦是如此。
5.裂纹成长的过程本身就有自我催化（self-catalyzing）的作用，正在成长中的裂纹尖端局部之成长速率至少为疲劳裂纹的百倍以上，所以一旦发现应力腐蚀裂纹后就得尽快处置。
6.形成裂纹需特定的合金和环境，虽然许多环境都能产生相近的腐蚀生长速率，但不同的合金对应力腐蚀的敏感度差异甚大。
应力腐蚀裂纹必需在腐蚀表面上有拉伸应力，此拉伸应力可以是外加，也可以是残余应力（resial stress），其中残余应力更是问题的所在，因为它是隐藏的，在设计时常会被忽略。残余应力的来源可能来自制造过程，如：冷加工时变形不均匀、热处理后退火冷却速率不同；或是来自装配时的紧配（interference fit），铆钉、螺栓变形等。
1970年前后进入美国空军服役的F-5型战斗机，因前机身上纵梁使用材料为对应力腐蚀甚为敏感的7075-T6铝合金，致在服役相当时间后发生了应力腐蚀裂纹，美国空军不得不在1990年代中期进行全机队结构返厂修改，更换改变热处理而提升抗腐蚀能力的7075-T73新制上纵梁。
航空史上最著名的应力腐蚀裂纹飞行安全事件，是发生于1988年4月28日的美国阿啰哈（Aloha）航空公司，一架波音737-200机身前段大片上蒙皮于飞行途中脱落，幸赖驾驶员的技术高超而平安落地。飞机失事前，已累积了35,496飞行小时，89,680次起降，是此型飞机全世界起降次数排名第二的飞机，（第一名是阿航的N73712）。
图6 美国阿罗哈航空公司一架波音737客机前机身蒙皮因应力腐蚀裂纹而飞脱
波音737飞机的经济服役寿命（economic service life）为20年，51,000飞行小时和75,000次的舱压周期。根据阿航的飞航记录，大约每1飞行小时会发生3次的舱压周期，而波音的经济寿命预测，是根据每1飞行小时1.5次的舱压周期，因此阿航的舱压累积周期数是波音预测的两倍，而在加舱压的机身内，舱压周期是造成疲劳裂纹的最主要因素。失事后的调查结果也发现机身上下蒙皮迭接处多颗铆钉孔边，早已各自存在着相当长度的应力腐蚀裂纹，这些裂纹在失事时的舱压作用下串连成一条长长的裂纹，毫无阻力地继续向前延伸，引起舱内失控的泄压，造成蒙皮撕裂而飞脱。
图7 阿罗哈航空公司失事客机的蒙皮应力腐蚀裂纹型态
由于应力腐蚀必需是应力、敏感性合金、以及特定环境下三者同时作用才会产生，故若要防止应力腐蚀，可从改变这些因素来着手。
降低应力：这有好几种方法，如：增加材料厚度或降低负载都是可行的方式。如果零件因重量关系无法增厚，可在表面上用珠击（shot peening）或滚压（surface rolling）的方式加上压缩残余应力（compressive resial stress）。
改变环境：抹去结构表面上沉积的水气、污物、清洁剂残痕等，都是很有效的预防措施。
更换材料：这是最方便的作法，若无法改变应力和环境，这也是唯一的对策。一般是改用不同热处理方式以增强抗腐蚀能力的同型号材料，但若改用其他材料，如︰铝合金改用铝锂（aluminum-lithium）合金，钢改用钛合金……等，就得一并考虑更改材料后全机重心改变、震动模态（vibration mode）变更、与邻近材料的异电位腐蚀……等相关问题。
表面处理：阳极化（anodize）或阴极化（cathodic）表面处理都会在材料表面形成一保护膜，降低外界的腐蚀作用，但此种处理会降低铝合金的疲劳强度，且阴极化处理也不能用在高强度钢材，或是对氢脆化（hydrogen embrittlement）敏感的材料，因为表面阴极化会增加氢侵入的速度。若表面有裂纹，局部处理的效果也不好。
『捌』 压力容器检验员考试
压力容器基础知识考试题
压力容器基础知识考试题
姓名 得分
一、判断题
1． 压力容器的设计、制造（组焊）、安装、使用、检验、修理和改造，均应严格执行《压力容器安全技术监察规程》的规定。 （ √）
2． 内压圆筒强度计算公式的理论依据是第一强度理论。 （√）
3． 压力容器壳体的最小厚度的规定是为了保证容器的最低强度条件要求。 （× ）
4． 压力容器的设计文件至少应包括设计计算书和设计图样。（√）
5． 材料抗拉强度sb>540MPa的钢制压力容器的C、D类焊缝必须进行磁粉或渗透探伤检查。 （√）
6． 对易燃或II、III级毒性的介质，选用管法兰的公称压力不得低于1MPa。（√）
7． 公称直径大于等于250mm接管的对接焊接接头须20％无损探伤。 （×）
8．外压容器因开孔削弱，所须补强面积比内压容器开孔削弱所须的补强面积大。 （× ）
9． 金属温度是指受压元件内表面的最高温度。 （× ）
10．压力容器的补强圈，应至少设置一个直径不小于M6的泄漏信号指示孔。（√）
11．压力容器设计中，将主要受压元件材料选错，属设计技术性错误。 （×）
12．悬挂式支座设计时仅须考虑重量载荷。 （×）
13．工作压力系指在正常操作情况下，容器顶部可能出现的最高压力。 （√ ）
14．低温容器是指工作温度低于或等于-20℃的容器。 （×）
15．外压容器圆筒体的不圆度是造成其失稳的主要原因。 （√）
16．压力容器壳体的最小厚度的规定是为了保证容器的最低强度条件要求。 （× ）
17．换热器的接管法兰在设计温度>300℃，必须采用整体法兰。 （√）
18．裙座壳的有效有效厚度应不小于塔器的圆筒有效厚度。 （√）
19．GB151-89规定当换热管为U型管时，U型管的直管长度即为公称长度。（√ ）
20．压力容器专用钢板的磷含量不应大于0.03％，硫含量不应大于0.02％。（√）
二、填空题
1、 GB150-1998适用于设计压力不大于35 MPa，不低于0.1MPa的钢制压力容器的设计、制造检验和验收。GB150-1998管辖范围是设计压力不大于35 Mpa不低于0.1MPa及_真空度≥0.02MPa。
2、 GB151-1999适用的换热器参数是_ DN≤2600mm，PN≤35MPa，PN*DN≤1.75×104。换热器与管板的连接形式有 固定管板_，_浮头式_，U型管板和填料函__。
3、 压力容器的压力试验目的是 检验容器的宏观强度和致密性能，内压容器的液压试验压力为Pt=1.25Pd X[σ] /[σ]t，液压试验圆筒的强度条件σt≤0.9Φσs (σ0.2)。
4、 标准椭圆型封头的有效厚度不小于 3mm 主要原因是保证标准椭圆型封头的刚度要求。
5、 焊接接头系数φ应根据受压元件焊接接头型式及无损检测的长度比例确定。
6、 介质的毒性程度为极度、高度危害或设计上不允许有微量泄漏的压力容器，必须进行气密性试验。
7、 JB4710-92《钢制塔式容器》标准适用于高度大于10m米，且高度与平均直径之比大于5的裙座自支承钢制塔器。不适用于a）带有拉牵装置的塔式容器
b） 有操作平台联成一体的排塔或塔群。C）带有夹套的塔式容器。
8、 奥氏体不锈钢板许用应力值有两项，一项高值，一项低值，高值适用于允许产生微量永久变形之元件(如筒体)，低值适用于不允许产生微量永久变形之元件(如设备法兰等)。
9、 压力容器壳体上的开孔形状应为_圆形_，_椭圆形__或_长圆形_。
10 设计锥行封头时，封头大端当锥壳半锥角α＞30°时，应采用带过渡段的折口边结构，否则应按应力分析的方法进行设计。
三、问答题
1、 GB150-1998对压力容器壳体开孔补强的孔径有什么限制？为什么？
答：见P92页8.2条
容器孔边应力集中的理论分析是借助于无限大平板上开小圆孔为基础的。但大开孔时，除有拉（压）应力外，还有很大的弯曲应力，且其应力集中范围超出了开小孔时的局部范围，在较大范围内破坏了壳体的薄膜应力状态。因此，小开孔的理论分析就不适用了。
2、 《容规》中符合哪些条件的压力容器为第二类压力容器？
答：P4页6.2条
3、 换热器管箱在什么情况下要进行热处理？为什么？
答：碳钢、低合金钢制的焊有分程隔板的管箱和浮头盖以及管箱的侧向开孔超过1/3圆筒内径的管箱，应进行焊后热处理。设备法兰密封面热处理后精加工。
因为热处理使得设备法兰较大变形得以恢复，充分保证了设备法兰的密封性。
4、 换热器的级别在GB151中是如何划分的，在设计、制造上有何不同？
答：以壳程和管程中最高级别的划分作为换热器级别的划分。可以按照管程和壳程的具体实际级别分别进行设计和制造。。
5、 应力腐蚀的主要因素是什么，哪些介质可引起碳素钢和低合金钢应力腐蚀？
答：拉应力和腐蚀介质（环境）存在。
NaOH，湿H2S，液氨, 高温高压氢腐蚀环境
6、 有一带夹套的设备，内筒最高工作压力为真空度200mmHg（0.03MPa），夹套内的最高工作压力为0.4MPa，材料均为Q235-A，工作温度200℃，试分别确定设备圆筒和夹套的设计压力P及水压试验压力PT，并简述试验步骤。
答：内筒设计压力：0.1Mpa; 夹套设计压力: 0.4MPa.
内筒水压试验压力: Pt=0.1×1.25×(113/105)=0.14MPa
夹套水压试验压力: Pt=0.4×1.25×(113/105)=0.54MPa
步骤: 先进行内筒的压力试验, 合格后焊接夹套并进行夹套的压力试验,
注意保证内筒和夹套的压力差限制.
具体见GB150 P7页3.8