『壹』 鋼結構脆性斷裂破壞事故的因素有哪些
從一般情況上講，脆性破壞的主要特徵表現為斷裂時伸長量極其微小。如果鋼結構的最終破壞是由於其構件的脆性斷裂導致的，那麼我們稱結構發生了脆性破壞。對於脆性破壞的結構，幾乎觀察不到構件的塑性發展過程，往往沒有破壞的預兆，因而脆性破壞的後果經常是災難性的.工程設計的任何領域，無一例外地都要力求避免結構的脆性破壞。深圳鋼結構脆性斷裂破壞大致可分為以下幾類。
①過載斷裂:由於過載，鋼材強度不足而導致的斷裂。這種斷裂破壞發生的速度通常極高(可高達2 100 m/s)，後果極其嚴重.在鋼結構中，過載斷裂只出現在高強鋼絲束、鋼絞線和鋼絲繩等脆性材料做成的構件。
②非過載斷裂:塑性很好的鋼構件在缺陷、低溫等因素影響下突然呈脆性斷裂。
③應力腐蝕斷裂:在腐蝕性環境中承受靜力或准靜力荷載作用的結構，在遠低於屈服極限的應力狀態下發生的斷裂破壞稱為應力腐蝕斷裂。它是腐蝕和非過載斷裂的綜合結果。一般認為，強度越高則對應力腐蝕斷裂越敏感。而對於常見碳鋼和低合金鋼而言，屈服強度大於700 MPa時，才表現出對應力腐蝕斷裂的敏感性.
④疲勞斷裂與腐蝕疲勞斷裂:在交變荷載作用下，裂紋的失穩擴展導致的斷裂破壞稱為疲勞斷裂;腐蝕性介質的作用，會對構件的疲勞壽命產生更顯著的不利影響。近年來，由於海洋工程結構的發展，腐蝕疲勞已經成為疲勞研究的一個重要課題。疲勞斷裂有高周和低周之分。循環周數在10以上者稱為高周疲勞，屬於鋼結構中常見的情況。低周疲勞斷裂前的周數只有幾百或幾十次，每次都有較大的非彈性應變.典型的低周疲勞破壞往往產生於強烈地震作用下。
⑤氫脆斷裂:氫可以在冶煉和焊接過程中侵人金屬，造成材料韌度降低導致斷裂。焊條在使用前需要烘乾，就是為了防止氫脆斷裂.
鋼結構脆性破壞在鉚接結構時期就已經有所發生，不過為數不多，因而沒有引起人們的重視;在焊接逐漸取代鉚接的時期，脆性破壞事故增多。從1938年發生比利時哈塞爾特的全焊空腹析架橋破壞到1960年止，除船舶外，世界各地至少發生過40起引人注目的大型焊接結構破壞事故。
焊接結構出現脆性破壞事故比鉚接結構頻繁，其原因如下。
①焊縫經常會或多或少存在一些缺陷，如裂紋、欠焊、夾渣和氣孔等，這些缺陷往往成為斷裂的起源。
②焊接後鋼結構內部存在殘余應力。殘余應力未必是破壞的主因，但和其他因素結合在一起，可能導致開裂。
③焊接鋼結構的連接處往往有較大剛性，當出現三條相互垂直的焊縫時，材料的塑性變形就很難發展。給出焊接區應力一應變關系曲線和原材料應力一應變曲線的對比。
④焊接使結構形成連續的整體，一旦裂縫開展，就有可能一斷到底，不像在鉚接結構中，裂縫常常在接縫處終止。
⑤對選材在防止脆性破壞中的重要性認識不足。
1、網架質量如桿件變形、彎曲或者斷裂等
2、焊接不成熟，氣泡、微裂不達標准
3、網架撓度過大，超過了設計規定相應設計值的1.15倍。
4、預埋件不符合規范要求，間距、間差超標
5、樑柱端板孔位不對應，大小錯位
6、支撐、系桿、隅撐等位置不合理、或加工錯誤
深圳鋼結構脆性破壞事故的不斷發生，除了採用焊接外，還有以下原因:結構比過去復雜，有些結構的使用條件惡劣(如海洋結構)，有的荷載很大，鋼材強度和鋼板厚度都有提高和增大的趨勢，設計時採用更精細的計算方法並利用材料非彈性性能以降低造價，致使結構的實際安全儲備比過去有所降低。
『貳』 應力腐蝕的主要因素是什麼哪些介質可引起碳鋼和低合金鋼的應力腐蝕
應力腐蝕破裂是金屬在應力(拉應力)和腐蝕性介質的共同作用下(並有一定的溫度條件)所引起的破裂。
應力腐蝕較為復雜當應力不存在時腐蝕裂紋發展很慢，以至在材圓謹輪料壽命期內不發生開裂；當有應力並達到一定的水平後，金屬會在腐蝕並不嚴重的情況下發生破裂橘信，由於這樣的破裂是脆性的，並沒有明顯預兆，容易造成災難性事故。
可能產生應力腐蝕破裂的金屬材料和環境組合主要有以下幾種：
1、對碳鋼和低合金鋼，介質有鹼液，硝酸鹽溶液，無水液氨，濕硫化氫，,醋酸等；
2、對奧式體不銹鋼，介質有氯離子，氯化物+蒸汽，硫化氫，鹼液等；
3、對含鉬奧式體不晌源銹鋼，介質有鹼液，氯化物水溶液，硫酸+硫酸銅的水溶液等；
4、對黃銅，介質有氨氣及溶液，氯化鐵，濕二氧化硫等，
5、對鈦，介質有含鹽酸的甲醇或乙醇，熔融氯化鈉等；
6、對鋁，介質有濕硫化氫，含氫硫化氫，海水等。
『叄』 影響鋼材發生冷脆的化學元素是哪些
1、碳（C）：鋼中含碳量增加,屈服點和抗拉強度升高,但塑性和沖擊性降低,當碳量0.23％超過時,鋼的焊接性能變壞,因此用於焊接的低合金結構鋼,含碳量一般不超過0.20％.碳量高還會降低鋼的耐大氣腐蝕能力,在露天料場的高碳鋼就易銹蝕；此外,碳能增加鋼的冷脆性和時效敏感性.
2、硅（Si）：在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑,所以鎮靜鋼含有0.15－0.30％的硅.如果鋼中含硅量超過0.50-0.60％,硅就算合金元素.硅能顯著提高鋼的彈性極限,屈服點和抗拉強度,故廣泛用於作彈簧鋼.在調質結構鋼中加入1.0－1.2％的硅,強度可提高15－20％.硅和鉬、鎢、鉻等結合,有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用,可製造耐熱鋼.含硅1－4％的低碳鋼,具有極高的導磁率,用於電器工業做矽鋼片.硅量增加,會降低鋼的焊接性能.
3、錳（Mn）：在煉鋼過程中,錳是良好的脫氧劑和脫硫劑,一般鋼中含錳0.30－0.50％.在碳素鋼中加入0.70％以上時就算「錳鋼」,較一般鋼量的鋼不但有足夠的韌性,且有較高的強度和硬度,提高鋼的淬性,改善鋼的熱加工性能,如16Mn鋼比A3屈服點高40％.含錳11－14％的鋼有極高的耐磨性,用於挖土機鏟斗,球磨機襯板等.錳量增高,減弱鋼的抗腐蝕能力,降低焊接性能.
4、磷（P）：在一般情況下,磷是鋼中有害元素,增加鋼的冷脆性,使焊接性能變壞,降低塑性,使冷彎性能變壞.因此通常要求鋼中含磷量小於0.045％,優質鋼要求更低些.
5、硫（S）：硫在通常情況下也是有害元素.使鋼產生熱脆性,降低鋼的延展性和韌性,在鍛造和軋制時造成裂紋.硫對焊接性能也不利,降低耐腐蝕性.所以通常要求硫含量小於0.055％,優質鋼要求小於0.040％.在鋼中加入0.08-0.20％的硫,可以改善切削加工性,通常稱易切削鋼.
6、鉻（Cr）：在結構鋼和工具鋼中,鉻能顯著提高強度、硬度和耐磨性,但同時降低塑性和韌性.鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性,因而是不銹鋼,耐熱鋼的重要合金元素.
7、鎳(Ni)：鎳能提高鋼的強度,而又保持良好的塑性和韌性.鎳對酸鹼有較高的耐腐蝕能力,在高溫下有防銹和耐熱能力.但由於鎳是較稀缺的資源,故應盡量採用其他合金元素代用鎳鉻鋼.
8、 鉬(Mo)：鉬能使鋼的晶粒細化,提高淬透性和熱強性能,在高溫時保持足夠的強度和抗蠕變能力(長期在高溫下受到應力,發生變形,稱蠕變).結構鋼中加入鉬,能提高機械性能. 還可以抑制合金鋼由於火而引起的脆性.在工具鋼中可提高紅性.
9、鈦(Ti)：鈦是鋼中強脫氧劑.它能使鋼的內部組織緻密,細化晶粒力；降低時效敏感性和冷脆性.改善焊接性能.在鉻18鎳9奧氏體不銹鋼中加入適當的鈦,可避免晶間腐蝕.
10、釩(V)：釩是鋼的優良脫氧劑.鋼中加0.5％的釩可細化組織晶粒,提高強度和韌性.釩與碳形成的碳化物,在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力.
11、鎢(W)：鎢熔點高,比重大,是貴生的合金元素.鎢與碳形成碳化鎢有很高的硬度和耐磨性.在工具鋼加鎢,可顯著提高紅硬性和熱強性,作切削工具及鍛模具用.
12、鈮(Nb)：鈮能細化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性,提高強度,但塑性和韌性有所下降.在普通低合金鋼中加鈮,可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕能力.鈮可改善焊接性能.在奧氏體不銹鋼中加鈮,可防止晶間腐蝕現象.
13、鈷(Co)：鈷是稀有的貴重金屬,多用於特殊鋼和合金中,如熱強鋼和磁性材料.
14、銅(Cu)：武鋼用大冶礦石所煉的鋼,往往含有銅.銅能提高強度和韌性,特別是大氣腐蝕性能.缺點是在熱加工時容易產生熱脆,銅含量超過0.5％塑性顯著降低.當銅含量小於0.50％對焊接性無影響.
15、鋁(Al)：鋁是鋼中常用的脫氧劑.鋼中加入少量的鋁,可細化晶粒,提高沖擊韌性,如作深沖薄板的08Al鋼.鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能,鋁與鉻、硅合用,可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力.鋁的缺點是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能.
16、硼(B)：鋼中加入微量的硼就可改善鋼的緻密性和熱軋性能,提高強度.
17、氮(N):氮能提高鋼的強度,低溫韌性和焊接性,增加時效敏感性.
18、稀土(Xt)：稀土元素是指元素周期表中原子序數為57-71的15個鑭系元素.這些元素都是金屬,但他們的氧化物很象「土」,所以習慣上稱稀土.鋼中加入稀土,可以改變鋼中夾雜物的組成、形態、分布和性質,從而改善了鋼的各種性能,如韌性、焊接性,冷加工性能.在犁鏵鋼中加入稀土,可提高耐磨性.
『肆』 鋼結構焊接後產生殘余應力和變形的主要原因是什麼
焊件在焊接過程中，熱應力、相變應力、加工應力等超過屈服極限（Yield strength），以致冷卻後焊件中留有未能消除的應力。 這樣，焊接冷卻後的殘余在焊件中的宏觀應力稱為殘余焊接應力。焊接過程的不均勻溫度場以及由它引起的局部塑性變形和比容不同的組織是產生焊接應力和變形的根本原因。 焊接殘余應力，是焊接工程研究領域的重點問題。涉及焊接的各種工程應用中，都十分關注殘余應力的影響。例如，在土木工程領域，對於鋼結構焊接連接，殘余應力對結構的疲勞性能，穩定承載力等均有影響。
焊接應力有暫時應力與殘余應力之分。暫時應力只在焊接過程中一定的溫度條件
下存在，當焊件冷卻至常溫時，暫時應力即行消失。焊接殘余應力是指焊件冷卻後殘留在焊件內的應力。從結構的使用要求來看，焊接殘余應力有著重要意義。殘余應力按其方向可分為縱向、橫向和沿厚度方向的應力三種。
1.縱向焊接殘余應力
焊接過程一個不均勻加熱和冷卻的過程。在施焊時，焊件上產生不均勻的溫度場，
焊縫及附近溫度最高，可達1600℃以上，其鄰近區域則溫度急劇下降。不均勻的溫度場將產生不均勻的膨脹。焊縫及附近高溫處的鋼材膨脹最大，由於受到兩側溫度較低，膨脹較小的鋼材的限制，產生了熱狀態塑性壓縮。焊縫冷壓時，被塑性壓縮的焊縫區趨向於縮得比原始長度稍短，這種縮短變形受到焊縫兩側鋼材的限制，使焊縫區產生縱向拉應力。在低碳鋼和低合金鋼中，這種拉應力以常達到鋼材的屈服強度。焊接殘余應力是荷載未作用時的內應力，因此會在焊件內部自相平衡，這就必然在距焊縫稍遠區域應力。用三塊剪切下料的鋼板焊成的工字形截面，縱向焊接殘余應力分布。
2.橫向殘余應力
橫向殘余應力產生的原因有：①由於焊縫縱向收縮，兩塊鋼板趨向於外彎成弓形的趨勢，但在實際上焊縫將兩塊鋼板連成整體，不能分開，於是在焊縫中部將產生橫向拉應力，而在兩端產生橫向壓應力。②焊縫在施焊過程中，先後冷卻的時間不同，先焊的焊縫已經凝固，且具有一定的強度，會阻止後焊焊縫在橫向的自由膨脹，使其產生橫向的塑性壓縮變形。當焊縫冷卻時，後焊焊縫的收縮受到已凝固焊縫的限制而產生橫向拉應力，同時在先焊部分的焊縫內產生橫向壓應力。橫向收縮引起的橫向應力與施焊方向及先後次序有關，焊縫的橫向殘余應力是上述兩種原因產生的應力的合成。
3.沿焊縫厚度方向的殘余應力
在厚鋼板的連接中，焊縫需要多層施焊。因此，除有縱向和橫向殘余應力之外，沿厚度方向還存在著殘余應力。這三種應力可能形成比較嚴重的同號三軸應力；會大大降低結構連接的塑性。這就是焊接結構易發生脆性破壞的原因之一。
以上分析是焊件在無外加約束情況下的焊接殘余應力。若焊件施焊時處在約束狀態，如採用強大夾具或焊件本身剛度較大等，焊件將因不能自由伸縮變形而產生更大的焊邊殘余應力，且隨約束程度增加而增大。
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『伍』 淺談影響幾種常見鋼氫脆的因素
1 碳鋼和低合金鋼 （ 合金元素總量小於 5%的合金鋼 ）
碳鋼和低合金鋼當抗拉強度超過 1000M P a 是可能出現各種形式
的氫脆；當抗拉強度低於 680M P a 時則很少出現氫脆。鋼制壓力管內 部的氫壓達到 80￣100M P a
時經常出現氫脆。在鋼制壓力容器中，隨 著氫壓的增加氫脆嚴重。鋼暴露在氫氣中，拉伸試驗發現塑性降低並早
期斷裂，同時也出現靜載荷下的延滯斷裂。裂紋拓展速率隨氫壓的增大 而增高。當溫度在室溫附近時，氫致開裂最敏感。用稀有氣體稀釋氫不
能防止氫脆。但在氫氣中加入少量氧可完全阻止氫脆，因為氧可以優先 吸附在金屬表面防止氫的吸附及向內部擴散。隨著鋼的強度增高，氫脆
敏感性增加。當應力強度因子高時出現穿晶斷裂，應力強度因子低時出 現沿晶斷裂。合金元素對氫脆敏感性的影響是有爭議的。經常出現相互
，對抗氫脆有利，S 和 矛盾的結果。強碳化物形成元素，如 M o、V 、Ti P 有害。
焊接接頭的焊縫區和熱影響區對氫脆比較敏感，這與該區的顯微 組織特徵和高硬度有關。美國腐蝕工程師協會曾試圖規定抵抗氫脆材料 的洛氏硬度不超過
22，但當鋼的硬度低於該值時，發現 H 2S 引起氫脆， 因此，至今未能制定出防止 H 2S 氫脆的強度等級。鋼在水和水溶液中
的氫脆於抗拉強度有關。當抗拉強度低於 680M P a 時，具有良好的抗 氫脆能力。抗拉強度在 680M P a￣1000M P a
時，鋼仍具有抗氫脆能力 或只有輕微氫脆敏感性。當高於 1000M P a 時，大多數鋼具有氫脆敏感
性，並且強度越高氫脆敏感性越大，鋼的強度不僅影響裂紋萌生的最小 應力或最小應力強度因子，而且影響裂紋擴展速率。
鋼在水溶液中的氫脆是由於腐蝕過程中鋼表面生成了氫並吸附在 表面，而後進入內部所致。裂紋一般沿晶界發展，有時也發現穿晶裂
紋。而且裂紋擴展路徑與應力強度因子 K 1 有關，當 K 1 較高時是穿晶斷 裂。裂紋擴展速率與 K 1 的關系曲線分為三段。當 K 1
較低時，裂紋擴展 速率呈指數規律快速增長；在中等 K 1 時，裂紋擴展速率保持不變；當 K 1 很高時，擴展速率再次增高，在第
I階段有時出現裂紋分叉。改變環 境介質將影響氫致開裂行為。一般情況下，改變介質對強度較低是光滑
試樣影響較大。在稀溶液中增大氯化物離子濃度使裂紋擴展速率增高。 溫度不影響氫致開裂的應力門檻值，但升高溫度可增大第 I階段擴展速
率。根據擴展速率與溫度的關系計算的激活能與氫在鋼中的擴散激活能 相近。改變鋼的成分和顯微組織有時能改變鋼的氫致開裂抗力。增加碳
和錳的含量使抗力降低，其它合金元素的影響還不清楚。通常淬火回火
態高合金鋼的抗力比低合金鋼的大。當化學成分相同時，回火馬氏體比 貝氏體的裂紋擴展速率低。形變淬火和細化奧氏體晶粒有利於低抗氫脆。
一般情況下，當鋼的強度低於 1400M P a 時，提高斷裂韌性可提 高氫致開裂門檻值。防止高強度鋼在水溶液中氫脆的唯一有效的方法是
，但保護膜中的缺陷又可 降低其強度。表面塗層也可以有效防止氫脆， 能導致開裂。在焊接件中，當接頭與母材的強度相等時，其氫脆抗力較
母材低。如果熱影響區的硬度比母材高，也可產生氫致裂痕。
2 不銹鋼
奧氏體不銹鋼對應力腐蝕開裂很敏感，但對氫脆則幾乎不敏感。
其主要原因是，奧氏體鋼具有面心立方結構，氫不能在其中擴散滲透， 氫含量極低，不致引起塑性降低。鐵素體不銹鋼如處於退火態，硬度很
低，氫脆抗力較大。但如果經過冷變形或焊接，則對氫脆很敏感。 馬氏體和沉澱硬化型不銹鋼因強度高而具有氫脆敏感性。裂紋幾
乎是穿晶的，在馬氏體不銹鋼中裂紋沿原奧氏體晶界發展。當屈服強度 增高時，氫脆敏感性增高。冶金組織是影響氫脆的第二位的因素。在這
種鋼中介質的影響是很難預測的。幾乎任何能放出氫的介質都能在這種 鋼中引起氫脆。防治的措施有：表面塗層以防止氫進入金屬；採用適當
的熱處理可去除已經進入金屬的氫，但往生影響鋼的強度。
3 馬氏體時效鋼
馬氏體時效鋼是以無碳 （ 或微碳 ） 馬氏體為基體的，時效時能產
生金屬間化合物沉澱硬化的超高強度鋼。與傳統高強度鋼不同，它不用 碳而靠金屬間化合物的彌散析出來強化。馬氏體時效鋼的氫脆性隨著含
氫量的增加和屈服強度的增高而增大。預先滲氫試樣中的裂紋可能沿原 奧氏體晶界發展，也可能是穿晶准解理斷裂。當強度和氫含量相同時，
馬氏體時效鋼的氫脆敏感性比淬火回火的低合金高強度鋼低，這是由於 馬氏體時效鋼的含碳量很低。在 150￣205℃下保溫可去除馬氏體時效
鋼中的氫，而又不改變其顯微組織。
『陸』 不銹鋼 與碳鋼焊接為什麼會長出現裂紋，請高手指點該怎麼做
不銹鋼
與碳鋼焊接為什麼會長出現裂紋，請高手指點該怎麼做：
低碳鋼與奧氏體不銹鋼之間的焊接在這類異種鋼焊接接頭中，由於其工作條件有晶間腐蝕和應力腐蝕問題，通常選擇E309型的焊接材料，但當這種焊接接頭處於溫度較高的環境（設計溫度≥315℃）時，為了防止在工作過程中發生碳的遷移，通常採用鎳合金含量較高的焊接材料（如Inconel182焊條等）。
低合金鋼與奧氏體不銹鋼之間的焊接低合金鋼通常都是在溫度較高（設計溫度≥315℃）的條件下使用，這種與奧氏體不銹鋼相焊的異種接頭，通常要求抗高溫蠕變、控制碳遷移以及高溫抗氧化能力，可採用鎳基合金焊接材料（如Inconel82焊絲和Inconel182焊條等）。但是，在氫系統中，由於強烈的氫腐蝕作用，採用的焊接材料不同，焊後得到的焊縫化學成分和金相組織不同，從而影響接頭在工作過程中氫脆化而引起的剝離裂紋敏感性。當採用鎳基焊條（如Inconel182焊條等），焊後焊縫靠近低合金鋼一側生成的單一奧氏體，多是與熔合線平行的粗大晶粒，且不含鐵素體，這種組織容易產生剝離裂紋。而採用E309焊材，焊後焊縫靠近低合金一側形成奧氏體和鐵素體的混合組織，這種組織不易產生裂紋。
『柒』 簡述航空金屬材料常用的防腐措施
飛機結構中最常見的金屬腐蝕有︰麻點腐蝕（pitting corrosion）、異電位腐蝕（galvanic corrosion）、鱗落腐蝕（exfoliation）、應力腐蝕（stress corrosion），以下分別就其原因、現象、預防或處置方式進行探討。
麻點腐蝕
某些金屬在大氣環境下，表面會形成一薄膜而失去相對的化學活性，而使腐蝕行為變弱，此種現象稱為鈍化（passivity），如︰不銹鋼、鋁、鉛、鈦等合金均具有此特性。麻點腐蝕專發生於具有鈍化膜的金屬表面上，其中以不銹鋼最容易發生。
麻點腐蝕是一種局部的腐蝕現象，金屬表面呈現多處點狀的銹蝕，直徑可由0.002到0.2公分，腐蝕方向為垂直向下侵蝕，發生原因是由於環境或金屬表面的性質不均勻（如︰表面缺陷、成份不均等），導致環境中的氯離子被吸附在金屬表面某些點上，使鈍化膜破壞生成微小的孔洞，孔洞底部因空氣不流通缺氧而形成陽極，孔洞外圍則因氧氣充足形成陰極，在陰陽兩極的電化學反應下，金屬表面就發生麻點腐蝕。
圖1 不銹鋼表面的麻點腐蝕
麻點腐蝕的危險在於其外表特徵微小而難以察覺及預防，以致結構已有嚴重的麻點腐蝕仍不自知，造成結構突然的意外破壞。
金屬表面的小刮痕或刻痕，很容易導致麻點腐蝕的發生，因此要防止此種腐蝕，金屬表面鏡面（mirror polish）處理是個相當有效的方式。
異電位腐蝕
異電位腐蝕的現象可說是電鍍的逆過程，電鍍時兩根金屬棒分別接於直流電源的陽極和陰極，並置於電解液中形成電導通狀態，陽極的金屬棒在電解液中會溶解成金屬正離子和電子，金屬正離子會被陰極金屬棒所吸引，和其電子結合成金屬附著沉積於表面上；電子則在直流電源的驅動下去補充陰極金屬棒所失去的電子。在這個過程中，陽極的金屬棒因持續溶解而逐漸被「腐蝕＂。
同樣的道理，當兩種或兩種以上不同的金屬材料搭接成電導通狀態時，因為彼此間的電位（potential）不同，材料間就會有電流通過，加上潮濕的環境有類似電解液的功用，致其中某一材料會產生坑洞狀的腐蝕，並有硫化物、氯化物（chloride）、氧化物的沉積。被腐蝕的材料稱為陽性（anodic）或活性（active）材料，未被腐蝕的材料則稱為陰性（cathodic）或惰性（passive）材料。
圖2 鎂金屬表面與不銹鋼件接觸面產生的電位腐蝕
一般而言，會影響異電位腐蝕速率的因素有：
組成成分：不銹鋼表面的鉻（chromium）若和鐵混合成合金狀態，則此不銹鋼成為活性材料；若成氧化鉻的型態，則成為惰性材料。後者也是不銹鋼和鋁合金搭接時，為防止異電位腐蝕而實施表面鈍化處理（passivating treatment）的原理。
相對面積：異電位腐蝕的速率和惰性/活性材料的面積比成正比，若大面積的活性材料和小面積的惰性材料相搭接，則大面積下電流密度會被稀釋，活性材料可能就不會被腐蝕。反過來說，小面積的活性材料和大面積的惰性材料相搭接，則由於電流密度的增加，活性材料很快就會被腐蝕殆盡。
極性改變：在某些情況下，相搭接的金屬極性會改變，使腐蝕的發生位置和預期相反。例如鐵和鋅搭接時，在含有硝酸鹽（nitrate）或重碳酸鹽（bicarbonate）的溶液中，當溫度超過140℉時，電極性會改變。其原因目前仍不清楚，不過一般相信和腐蝕物的導電度有關。最常見的例子是鋁梯中的鋼制螺栓，雖然鋁合金的電位較高，但實際情況是鋼制螺栓腐蝕很快，而鋁梯則沒有什麼影響。
要防止異電位腐蝕，相互搭接的各結構零組件得挑選電位相近的材料，注意配對的材料是否有異電位腐蝕的顧慮。各種材料彼此間的影響程度是根據相互間的相對電位差而定，差距越大，異電位腐蝕越激烈。
通過對幾種常見金屬的相對活性比較，位置越往上的材料其電位越高，活性也越大，容易被腐蝕；位置越往下的材料其電位越低，惰性也越大，有免於被腐蝕的保護作用。
如果非得使用不同類型的材料，可以用不導電的分隔物把兩材料分開，讓彼此完全絕緣，一般也可以用鉻酸鹽（chromate）或環氧樹脂（epoxyresin）塗裝做阻隔，但前提是這些塗層不會受到機械性的破壞。若實在無法解決，就得先防患未然，將活性零件做得大一些，或是做成容易更換的零件。
在以往飛機工業未使用先進復合材料（Advanced Composite Material）前，所使用的材料主要是鋁和經過鈍化處理的不銹鋼，異電位腐蝕較不常見，但隨著對性能及隱身性的要求，新一代戰機已廣泛採用此種強度高、重量輕、雷達不易探測的新材料。先進復合材料中的石墨（graphite）纖維和鋁的電位差很大，兩者交界面有異電位腐蝕的顧慮，地面維護人員在平日維修時要特別注意。
圖3 常見金屬的相對活性比較
鱗落腐蝕
顧名思義，鱗落腐蝕的外觀會有如魚鱗片般的迭層剝落，這種腐蝕具有明顯的方向性，通常會平行於滾制（rolled）或射出成形（extruded）的面，侵蝕被拉長的材料晶粒，造成表面結構的脫層（delamination）或形成多層面（stratification）。
環境因素是造成鱗落腐蝕的主因，例如環境中有氯化物和溴化物（bromide）離子的存在、高溫、酸性的環境、間歇性的乾和濕……等，後者尤其會產生不可溶解的腐蝕物，加快腐蝕速率。
在材料表面塗裝底漆及化學保護膜可改善鱗落腐蝕抵抗力，不過這只能延緩鱗落腐蝕發生的時間，無法完全防止，且一旦此保護層被腐蝕，則底下的材料將處於無保護狀態，短時間內會被腐蝕而破碎。
鱗落腐蝕的一般處理原則是磨除腐蝕區域，再加以適當的表面防蝕處理。
圖4 T-37教練機角條鱗落腐蝕
應力腐蝕
應力腐蝕是材料在化學侵蝕環境下與機械性拉伸應力同時作用下的結果。一般的腐蝕是以材料被剝蝕的型態出現，而應力腐蝕則以裂紋的型態出現，且表面幾乎沒有任何腐蝕物堆積的現象，因此很容易被忽略，形成潛伏的危險因素。造成應力腐蝕的四個基本條件是：敏感性合金（susceptible alloy）、侵蝕環境、施加或殘余拉伸應力、以及時間。
應力腐蝕廣見於多種材料及環境中，根據統計，應力腐蝕損壞最常出現於低合金鋼（low alloy steel）、鋯（zirconium）、黃銅（brass）、鎂（magnesium）及鋁合金。這些材料應力腐蝕損壞的外表及行為都不相同，不過一般而言都具有一些共同的特性：
1.大部分破斷面在巨觀下是脆性（brittle）帶有少量的韌性撕裂（ctile tearing）現象，有些材料的破壞模式會介於韌性和脆性之間。
圖5 F-5前機身上縱梁應力腐蝕裂紋
2.一定是拉伸應力（tensile stress）和環境同時作用的結果，輪流作用不會產生應力腐蝕，且應力大小沒有絕對的關系。應力大，環境的因素就比較小；應力小，環境的因素就比較大。
3.材料表面的氧化膜受到機械或化學外力的破壞形成小凹窪（pit），應力腐蝕初始裂紋（initial crack）就由小凹窪的根部開始成長，這段期間應力的影響很小，腐蝕是主要的原動力（driving force），裂紋方向和主應力（principal stress）方向一致，與一般疲勞裂紋和主應力方向垂直的情況大不相同。
4.裂紋走向會在沿著晶粒邊界（intergranular）或穿透晶粒（transgranular）中二選一，全看材料、環境、應力大小這三者的組合而定。在不銹鋼材里，裂紋通常會穿透晶粒，且會造成一特別的晶體面（crystallographic），但在某些介質中，特別是腐蝕性溶液或是高氧化物漂白劑中，裂紋會沿著晶粒邊界。在高強度合金鋼中，裂紋會沿著晶粒邊界；鋁合金基本上亦是如此。
5.裂紋成長的過程本身就有自我催化（self-catalyzing）的作用，正在成長中的裂紋尖端局部之成長速率至少為疲勞裂紋的百倍以上，所以一旦發現應力腐蝕裂紋後就得盡快處置。
6.形成裂紋需特定的合金和環境，雖然許多環境都能產生相近的腐蝕生長速率，但不同的合金對應力腐蝕的敏感度差異甚大。
應力腐蝕裂紋必需在腐蝕表面上有拉伸應力，此拉伸應力可以是外加，也可以是殘余應力（resial stress），其中殘余應力更是問題的所在，因為它是隱藏的，在設計時常會被忽略。殘余應力的來源可能來自製造過程，如：冷加工時變形不均勻、熱處理後退火冷卻速率不同；或是來自裝配時的緊配（interference fit），鉚釘、螺栓變形等。
1970年前後進入美國空軍服役的F-5型戰斗機，因前機身上縱梁使用材料為對應力腐蝕甚為敏感的7075-T6鋁合金，致在服役相當時間後發生了應力腐蝕裂紋，美國空軍不得不在1990年代中期進行全機隊結構返廠修改，更換改變熱處理而提升抗腐蝕能力的7075-T73新制上縱梁。
航空史上最著名的應力腐蝕裂紋飛行安全事件，是發生於1988年4月28日的美國阿啰哈（Aloha）航空公司，一架波音737-200機身前段大片上蒙皮於飛行途中脫落，幸賴駕駛員的技術高超而平安落地。飛機失事前，已累積了35,496飛行小時，89,680次起降，是此型飛機全世界起降次數排名第二的飛機，（第一名是阿航的N73712）。
圖6 美國阿羅哈航空公司一架波音737客機前機身蒙皮因應力腐蝕裂紋而飛脫
波音737飛機的經濟服役壽命（economic service life）為20年，51,000飛行小時和75,000次的艙壓周期。根據阿航的飛航記錄，大約每1飛行小時會發生3次的艙壓周期，而波音的經濟壽命預測，是根據每1飛行小時1.5次的艙壓周期，因此阿航的艙壓累積周期數是波音預測的兩倍，而在加艙壓的機身內，艙壓周期是造成疲勞裂紋的最主要因素。失事後的調查結果也發現機身上下蒙皮迭接處多顆鉚釘孔邊，早已各自存在著相當長度的應力腐蝕裂紋，這些裂紋在失事時的艙壓作用下串連成一條長長的裂紋，毫無阻力地繼續向前延伸，引起艙內失控的泄壓，造成蒙皮撕裂而飛脫。
圖7 阿羅哈航空公司失事客機的蒙皮應力腐蝕裂紋型態
由於應力腐蝕必需是應力、敏感性合金、以及特定環境下三者同時作用才會產生，故若要防止應力腐蝕，可從改變這些因素來著手。
降低應力：這有好幾種方法，如：增加材料厚度或降低負載都是可行的方式。如果零件因重量關系無法增厚，可在表面上用珠擊（shot peening）或滾壓（surface rolling）的方式加上壓縮殘余應力（compressive resial stress）。
改變環境：抹去結構表面上沉積的水氣、污物、清潔劑殘痕等，都是很有效的預防措施。
更換材料：這是最方便的作法，若無法改變應力和環境，這也是唯一的對策。一般是改用不同熱處理方式以增強抗腐蝕能力的同型號材料，但若改用其他材料，如︰鋁合金改用鋁鋰（aluminum-lithium）合金，鋼改用鈦合金……等，就得一並考慮更改材料後全機重心改變、震動模態（vibration mode）變更、與鄰近材料的異電位腐蝕……等相關問題。
表面處理：陽極化（anodize）或陰極化（cathodic）表面處理都會在材料表面形成一保護膜，降低外界的腐蝕作用，但此種處理會降低鋁合金的疲勞強度，且陰極化處理也不能用在高強度鋼材，或是對氫脆化（hydrogen embrittlement）敏感的材料，因為表面陰極化會增加氫侵入的速度。若表面有裂紋，局部處理的效果也不好。
『捌』 壓力容器檢驗員考試
壓力容器基礎知識考試題
壓力容器基礎知識考試題
姓名 得分
一、判斷題
1． 壓力容器的設計、製造（組焊）、安裝、使用、檢驗、修理和改造，均應嚴格執行《壓力容器安全技術監察規程》的規定。 （ √）
2． 內壓圓筒強度計算公式的理論依據是第一強度理論。 （√）
3． 壓力容器殼體的最小厚度的規定是為了保證容器的最低強度條件要求。 （× ）
4． 壓力容器的設計文件至少應包括設計計算書和設計圖樣。（√）
5． 材料抗拉強度sb>540MPa的鋼制壓力容器的C、D類焊縫必須進行磁粉或滲透探傷檢查。 （√）
6． 對易燃或II、III級毒性的介質，選用管法蘭的公稱壓力不得低於1MPa。（√）
7． 公稱直徑大於等於250mm接管的對接焊接接頭須20％無損探傷。 （×）
8．外壓容器因開孔削弱，所須補強面積比內壓容器開孔削弱所須的補強面積大。 （× ）
9． 金屬溫度是指受壓元件內表面的最高溫度。 （× ）
10．壓力容器的補強圈，應至少設置一個直徑不小於M6的泄漏信號指示孔。（√）
11．壓力容器設計中，將主要受壓元件材料選錯，屬設計技術性錯誤。 （×）
12．懸掛式支座設計時僅須考慮重量載荷。 （×）
13．工作壓力系指在正常操作情況下，容器頂部可能出現的最高壓力。 （√ ）
14．低溫容器是指工作溫度低於或等於-20℃的容器。 （×）
15．外壓容器圓筒體的不圓度是造成其失穩的主要原因。 （√）
16．壓力容器殼體的最小厚度的規定是為了保證容器的最低強度條件要求。 （× ）
17．換熱器的接管法蘭在設計溫度>300℃，必須採用整體法蘭。 （√）
18．裙座殼的有效有效厚度應不小於塔器的圓筒有效厚度。 （√）
19．GB151-89規定當換熱管為U型管時，U型管的直管長度即為公稱長度。（√ ）
20．壓力容器專用鋼板的磷含量不應大於0.03％，硫含量不應大於0.02％。（√）
二、填空題
1、 GB150-1998適用於設計壓力不大於35 MPa，不低於0.1MPa的鋼制壓力容器的設計、製造檢驗和驗收。GB150-1998管轄范圍是設計壓力不大於35 Mpa不低於0.1MPa及_真空度≥0.02MPa。
2、 GB151-1999適用的換熱器參數是_ DN≤2600mm，PN≤35MPa，PN*DN≤1.75×104。換熱器與管板的連接形式有 固定管板_，_浮頭式_，U型管板和填料函__。
3、 壓力容器的壓力試驗目的是 檢驗容器的宏觀強度和緻密性能，內壓容器的液壓試驗壓力為Pt=1.25Pd X[σ] /[σ]t，液壓試驗圓筒的強度條件σt≤0.9Φσs (σ0.2)。
4、 標准橢圓型封頭的有效厚度不小於 3mm 主要原因是保證標准橢圓型封頭的剛度要求。
5、 焊接接頭系數φ應根據受壓元件焊接接頭型式及無損檢測的長度比例確定。
6、 介質的毒性程度為極度、高度危害或設計上不允許有微量泄漏的壓力容器，必須進行氣密性試驗。
7、 JB4710-92《鋼制塔式容器》標准適用於高度大於10m米，且高度與平均直徑之比大於5的裙座自支承鋼制塔器。不適用於a）帶有拉牽裝置的塔式容器
b） 有操作平台聯成一體的排塔或塔群。C）帶有夾套的塔式容器。
8、 奧氏體不銹鋼板許用應力值有兩項，一項高值，一項低值，高值適用於允許產生微量永久變形之元件(如筒體)，低值適用於不允許產生微量永久變形之元件(如設備法蘭等)。
9、 壓力容器殼體上的開孔形狀應為_圓形_，_橢圓形__或_長圓形_。
10 設計錐行封頭時，封頭大端當錐殼半錐角α＞30°時，應採用帶過渡段的折口邊結構，否則應按應力分析的方法進行設計。
三、問答題
1、 GB150-1998對壓力容器殼體開孔補強的孔徑有什麼限制？為什麼？
答：見P92頁8.2條
容器孔邊應力集中的理論分析是藉助於無限大平板上開小圓孔為基礎的。但大開孔時，除有拉（壓）應力外，還有很大的彎曲應力，且其應力集中范圍超出了開小孔時的局部范圍，在較大范圍內破壞了殼體的薄膜應力狀態。因此，小開孔的理論分析就不適用了。
2、 《容規》中符合哪些條件的壓力容器為第二類壓力容器？
答：P4頁6.2條
3、 換熱器管箱在什麼情況下要進行熱處理？為什麼？
答：碳鋼、低合金鋼制的焊有分程隔板的管箱和浮頭蓋以及管箱的側向開孔超過1/3圓筒內徑的管箱，應進行焊後熱處理。設備法蘭密封面熱處理後精加工。
因為熱處理使得設備法蘭較大變形得以恢復，充分保證了設備法蘭的密封性。
4、 換熱器的級別在GB151中是如何劃分的，在設計、製造上有何不同？
答：以殼程和管程中最高級別的劃分作為換熱器級別的劃分。可以按照管程和殼程的具體實際級別分別進行設計和製造。。
5、 應力腐蝕的主要因素是什麼，哪些介質可引起碳素鋼和低合金鋼應力腐蝕？
答：拉應力和腐蝕介質（環境）存在。
NaOH，濕H2S，液氨, 高溫高壓氫腐蝕環境
6、 有一帶夾套的設備，內筒最高工作壓力為真空度200mmHg（0.03MPa），夾套內的最高工作壓力為0.4MPa，材料均為Q235-A，工作溫度200℃，試分別確定設備圓筒和夾套的設計壓力P及水壓試驗壓力PT，並簡述試驗步驟。
答：內筒設計壓力：0.1Mpa; 夾套設計壓力: 0.4MPa.
內筒水壓試驗壓力: Pt=0.1×1.25×(113/105)=0.14MPa
夾套水壓試驗壓力: Pt=0.4×1.25×(113/105)=0.54MPa
步驟: 先進行內筒的壓力試驗, 合格後焊接夾套並進行夾套的壓力試驗,
注意保證內筒和夾套的壓力差限制.
具體見GB150 P7頁3.8