
氣瓶失效的主要形式是疲勞斷裂, 而疲勞斷裂的大多數原因是由于在循環高壓應力的工作環境中,氣瓶的內部或外部發生細小的脆性變形,產生裂紋,隨著載荷次數的增加,變形裂紋加劇直至后期迫使整體或局部發生斷裂 。針對爆破失效情況, 通??梢酝ㄟ^改進結構設計或優化加工工藝兩個方面去提高氣瓶性能。 就改進結構設計而言,增加設計壁厚會使封頭、筒體之間的焊接難度增大;另一方面,在氣瓶調質過程中,因壁厚增大,內外熱交換速率可能會出現負差,造成瓶體在熱處理過程中發生蠕變畸形或氣瓶整體性能降低。
在熱處理加工過程中會因調質過程的不當, 即氣瓶材料在正火處理后的奧氏體不能全轉變成馬氏體, 氣瓶內部會夾雜強度較低的珠光體和貝氏體組織, 造成其低溫沖擊韌和斷裂韌性較低。氣瓶用鋼屬于亞共析鋼,淬火加熱溫度一般為Ac3+(30+50)℃。 但如果亞共析鋼在 Ac1~Ac3之間加熱,加熱時組織為奧氏體和鐵素體兩相,在淬火冷卻后,組織中除馬氏體外,還保留一部分鐵素體,這將嚴重降低鋼的強度和硬度,導致氣瓶在圓柱區形成局部低強度區域, 從而使材料的局部屈服強度小于理論設計值。 致使每一次的壓力循環之后微小塑性變形量的逐次累積, 當材料的強度和韌性不足以支持實際的應力水平時,氣瓶將發生爆破失效。
改進氣瓶瓶口采用的是密封焊接處理, 鋼瓶在進入淬火介質時,其表面會因高溫沸騰,在接觸介質的表面形成蒸汽膜, 使固液界面處的熱量不能快速交換并擴散,造成內外熱擴散速率不均勻,金屬相變的驅動力不足,金屬奧氏體轉化不全,導致材料強度下降。 因此,為了提高冷凝效果,從兩個方面提出了改進措施:(1) 在淬火槽中加入一套介質攪拌機構系統 ,提高介質的流動性,增大熱量傳遞速率,讓瓶內熱量盡快散失。(2) 轉換冷卻介質,提高鋼材的淬硬能力,從而使鋼材的強度和硬度提高。