承压类特种设备基础知识详细

1、承压类特种设备基础知识（力学、金属学及热处理、金属工艺、材料、焊接、无损检测）第一章 金属材料及热处理基本知识0.1：使用性能：（力学性能、物理性能、化学性能）决定了材料的应用范围，使用的可靠性和使用的寿命0.1.1物理性能1、 重度 重度是物体重量和其体积的比值；金属的重度即是单位体积金属的重量，符号用Y表示，计算公式如下：YG/ V (克力厘米3)式中G物体的重量(克力)； V物体的体积(厘米) Y物体的重度(克力厘米3) 一般将重度小于6(克力厘米3)的金属称为轻金属，重度大于6(克力厘米3)的金属称为重金属。 2、熔点 金属或合金的熔化温度，称为熔点。金属都有固定的熔点。 属于难熔的金

2、属有钨、钼、铬、钒等，属于易熔的金属有锡、铅、锌等。 3、热膨胀 金属和合金受热时，它的体积会增大，冷却时则收缩。金属的这种性能称为热膨胀性。热膨胀的大小，用线胀系数或体胀系数来表示。线胀系数的计算公式如下= （L1- L0）/ L0 × 100式中L0膨胀前长度(厘米)L1膨胀后长度(厘米) T一升高的温度()；线膨胀系数(厘米厘米) 4、导热性：金属在加热或冷却时能够传导热能的性质称力导热性。 为比较金属的导热性，设导热最好的银的导热率为l，则铜的导热率为09，铝为0.5，铁为018，汞为002等。 金属导热性的具体数值用金属的导热系数表示。即规定在每1厘米2的金属面积上，以每厘

3、米长的金属在每秒升温一度时所传导的热量卡作标准。导热系数的单位是卡厘米·秒·导热性好的金属散热也好，在制造散热器、热交换器等零件时，就要注意选用导热性好的金属。5.导电性 金属能够传导电流的性能，称为导电性。导电性的好坏，用电阻系数表示，电阻系数越小，导电性就越好。导电性最好的是银，其次是铝， 6.磁性 金属能导磁的性能，称为磁性。具有导磁能力的金属都能被磁铁吸引。如铁、镍、钴等都较高的磁性，也称为磁性金属。但对于某些金属来说，磁性也不是固定不变的，当温度升高，金属或合金的磁性会消失，如铁在770以上就没有磁性。0.1.2 化学性能：1、耐腐蚀性 金属材料在常温下抵抗氧、水

4、蒸汽等介质腐蚀的能力，称为耐腐蚀性。2、热安定性：金属在高温下对氧化的抵抗能力称为热安定性。0.2 工艺性能：对制造成本、生产效率、产品质量有很大的影响。0.2.1、铸造性：金属能否用铸造方法制成优良铸件的性能，包括金属的液态流动性，冷却时的收缩率和偏析倾向等。0.2.2、锻压性：金属能否用锻压方法制成优良锻压件的性能。锻压性一般与材料的塑性及其塑性变形抗力有关。 0.2.3、可焊性：金属是否容易用一定的焊接方法焊成优良接头的性能。可焊性好的金属能获得没有裂叛气孔等缺陷的焊缝，并且焊接接头具有一定的机械性能。 0.2.4、切削加工性：金属材料是否易于被刀具切削的性能，称为切削加工性。 切削加工

5、性能好的金属对使用的刀具磨损量小，切削用量大，加工表面也比较光洁。 1.1 材料力学基本知识承压类特种设备材料的力学性能指标主要包括强度、硬度、塑性、韧性等指标。1.1.1 应力和应变1、 外力：从设备外部施加到设备上的力。2、 内力：存在于设备内部，大小和外力相等，方向相反的力。3、应力：物体在外力作用下而变形时，其内部任一截面单位面积上的内力4、应变：物体在外力作用下，其形状尺寸发生相对变化。5、载荷与变形：当金属材料受外力作用时，这种外力称为载荷(或称负荷、负载)；受外力后形状改变，称为变形。载荷因其作用性质不同，可以分为静载荷、冲击载荷和交变载荷等。（1）、静载荷 是指大小不变或变动很

6、慢的载荷。（2）、冲击载荷 是指突然增加的载荷。（3）、交变载荷 是指大小或方向作周期性变换的载荷。材料受载荷作用后的变形，可分为拉伸、压缩、剪切、扭转和弯曲等。图1-1是金属材料在不同载荷作用下的变形情况。图1-2是铆钉受剪切载荷的情况图1-1 金属在受载时的变形分类图1-2铆钉受剪切载荷6、四种基本变形形式：(1)拉伸或压缩：杆受一对大小相等，方向相反的纵向力，力的作用线与杆轴线重合(2)剪切：杆受一对大小相等，方向相反的横向力，力的作用线靠得很近(3)扭转：杆受一对大小相等，方向相反的力偶，力偶作用面垂直于杆轴线(4)弯曲：杆受一对大小相等，方向相反的力偶，力偶作用面是包含轴线的纵向面7

7、.其他 （1）应力的种类：剪切应力，弯曲应力和交变应力当承压类特种设备壳体的形状发生变化或厚度改变时，会在不连续出及其附近产生剪切应力和弯曲应力在长期交变应力下工作的承压类特种设备有些会出现疲劳和破坏现象。（2）应力集中的概念在承压类特种设备中，构件的截面尺寸发生突变，往往是缺陷引起的。这些缺陷统称为缺口，包括：表面损伤、焊缝咬边、气孔、夹渣、未焊透、未熔合、裂纹等。应力集中的严重程度和缺口的大小有关。其中以裂纹引起的应力集中最为严重。（3）承压类特种设备的工作压力试验表明；对圆筒形容器来讲，环焊缝受力只是纵焊缝的一半，而对球形容器来讲由于不存在切向应力，只有经向应力。故在相同压力和直径下，球

8、形容器的壁厚比圆筒形容器的壁厚大约可以减少一半。1.1.2 强度：金属的强度是指金属抵抗永久变形和断裂的能力抗拉强度b，屈服强度s 是评价材料强度性能指标的两个最重要的指标。 1、 拉伸试样 进行拉伸试验时，采用如图1-3所示的拉伸试样。试样可分为长短两种，长试样Lo/do=10；短试样Lo/do=5。一般工厂采用的试样直径dO=10毫米。 拉伸试样放在拉伸试验机上，按规定标准加载，随着载荷增加，试样产生伸长变形直至断裂，钢的标准拉伸试样， 2、低碳钢的拉伸曲线图低碳钢的拉伸曲线图 根据载荷与变形量的相应变化可绘出曲线图，称为拉伸曲线图。拉伸曲线图 图1-4为低碳钢的拉伸曲线吼低碳钢拉伸时可分

9、为三个阶段： 、弹性变形（弹性变形：外力卸去后能够恢复的变形）阶段。当作用在试样上的裁荷在一定限度之内时，载荷与伸长量成正比例，外力去除后，试样恢复原来的形状和尺寸。当载荷超过Pp而不大于Pe时，试样的伸长不再与外力成正比关系，但还属于弹性变形阶段，即当外力去除后变形立即消失。 、弹性变形塑性变形（塑性变形外力卸去后不能恢复的变形）阶段。s点出现的水平线段表示在载荷不变的情况下试样继续伸长；即材料丧失了抵抗塑性变形的能力，称为材料的屈服，发生塑性变形后，由于内部结构变化，产生加工硬化，要使金属继续变形，必须再增加载荷，这样载荷继续增加，试样则均匀伸长。达到b点屁开始出现缩颈变形,变形集中在缩颈

10、处。 、塑性变形断裂阶段。由于缩颈出现后截面剧烈减小；试样不足以抵抗外力的作用，因此在z点发生断裂。根据拉伸曲线上各种特殊点的外力与原截面的关系，·，可以测定材料的强度指标。3、强度指标：试样受到外力作用时，在其内部产生大小与外力相等而方向相反的相互作用力，称为内力。单位截面积上的内力称为应力，拉伸时的应力用符号表示。 应力的计算为： p / F(公斤力毫米2)式中;应力(公斤力毫米2)； p外力(公斤力)； F横截面面积(毫米2)。 拉伸曲线上各特殊点出强度计算如下：，抗拉强度b pb / F0 （公斤力毫米2)式中; b应力(公斤力毫米2)； pb外力(公斤力)； F0横截面面积

11、(毫米2)。+ 承压设备在选用金属材料时不允许超过它的抗拉强度/3。 材料的强度极限越高，能承受的应力越大。 比例极限：材料承受外力的作用，载荷与变形成正比时的最大应力，称为比例极限；计算公式如下p Pp / F0(公斤力毫米2)式中;p比例极限(公斤力毫米2)； Pp试样受载与变形成正比时能承受的最大载荷(公斤力)外力； F0横截面面积(毫米2) 、 屈服强度：在载荷不增加的情况下仍能发生明显塑性变形时的应力计算公式如下 s Ps/ F0（公斤力毫米2）s 屈服强度公斤力毫米2 Ps试样受载与变形发生明显塑性变形时的载荷(公斤力)外力； F0横截面面积(毫米2) 有许多金属或合金材料，并没有

12、明显的屈服现象发生，为表明这些材料的屈服极限，规定以试样产生伸长量为试样长度的02%时的应力作为材料的“条件屈服强度，用来0.2表示。 屈服极限是选用金属材料时非常重要的机械性能。承压设备材料所受的应力，一般都应小于屈服强度否则就会产生明显的塑性变形。、许用应力：材料允许使用的最大应力。用表示。、屈服比：是屈服点与抗拉极限强度的之比。1.1.3 塑性塑性是指材料在载荷作用下断裂前发生不可逆永久变形的能力。伸长率和断面收缩率是评价材料塑性性能指标的两个重要的指标。1.延伸率 延伸率是试样拉断后标距增长量与原始标距长度之比值的百分率，即= (L1-L0)/L0 X 100% L0试样的原始标距长度

13、(毫米)； L1试样拉断后标距长度(毫米)； 2.断面收缩率：是试样断口面积的缩减量与原截面面积之比值的百分率。即（FoF1）Fo X 100%式中 Fo拉伸前试样的截面积毫米2) F1试样断后细颈处最小截面积(毫米2) 断面收缩率。 延伸率和断面收缩率用以衡量材料的塑性，数值越大，表示塑性越好。良好的塑性材料，有利于进行焊接、锻压、冷冲和冷拔等成型工艺。3、和是材料的重要性能指标。它们的数值越大，材料的塑性越好。如果材料具有良好的塑性，则可避免材料在压力加工过程中发生开裂而破坏；而普通铸铁的塑性差，因而不能进行压力加工，只能进行铸造。同时,由于材料具有一定的塑性，故能保证材料不致因稍有超载而

14、突然断裂，增加了材料使用的安全可靠性。大小。 4冷弯试验：（1）弯曲试验弯曲试验是焊接接头力学性能试验的主要项目弯曲试验可以考核焊接接头的主要项目包括：焊缝和热影响区的塑性、内部缺陷、焊缝的致密性、焊接接头不同区域协调变形能力。用冷弯试验衡量材料在室温时的塑性。试验时，试样在规定的冷弯条件下弯到规定的角度，一般根据试样弯曲表面有无裂纹或折断等破坏情况来评定材料的质量。冷弯条件依材料及试样的厚度不同而异，在材料的有关技术标准中加以规定。因此，冷弯试验的目的仅为在一定的弯曲条件下比较材料的塑性。图5为钢板的冷弯性能试验。 图1-5 180·冷弯试验 弯心直径越大，冷塑性变形的能力愈差；弯

15、心直径越小塑性越好。下面举例说明强度、塑性的计算方法。例题：有一根钢试棒，原始长度100毫米，直径10毫米。作拉伸试验时，载荷增加至2669公斤力时开始出现屈服现象；载荷达4710公斤力时，试样被拉断。结果测得在变形后长度是116毫米，细颈处直径是7.75毫米。 试求钢试样的屈服强度、抗拉强度、延伸率和断面收缩率。 解 ：(1)求试样的截面积（2）求屈服强度(3) 求抗拉强度(4) 求延伸率(5) 求断面收缩率先求收缩细颈面积1.1.4硬度: 金属材料抵抗其他更硬物体压入表面的能力称为硬度，是衡量材料软硬程度的判据，它表征材料抵抗表面局部弹性变形、塑性变形或抵抗破坏的能力。材料的硬度越高，其耐

16、磨性越好。1、布氏硬度： 图16 布氏硬度测定过程示意图式中P压力载荷(公斤力)，F压痕面积(毫米)； HB布氏硬度值。 压痕面积的计算如下：图1-8是布氏硬度试验机的结构原理示意图。图1-8布氏硬度试验机结构原理图布氏硬度与强度也有着如下的近似关系： b = 036HB(低碳钢) 它随着不同金属材料以及热处理情况而有所不同。低碳钢036，高碳钢034，调质合金钢o325.布氏硬度试验的优缺点：优点是测定的数据准确、稳定、数据重复性强，常用于测定退火、正火、调质钢、铸铁及有色金属的硬度。 缺点是对不同材料需要更换压头和改变载荷，且压痕较大，压痕直径的测量也较麻烦，易损坏成品的表面，故不宜在成品

17、上进行试验。2、洛氏硬度：（HR）测试当被测样品过小或者布氏硬度（HB）大于450时，就改用洛氏硬度计量。试验方法是用一个顶角为120度的金刚石圆锥体或直径为1.59mm/3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕深度求出材料的硬度。根据实验材料硬度的不同，可分为三种不同标度来表示： HRA 是采用60Kg载荷和钻石锥压入器求的硬度，用于硬度极高的材料。例如：硬质合金。 HRB 是采用100Kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球求得的硬度，用于硬度较低的材料。例如：退火钢、 铸铁等。 HRC 是采用150Kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料。例如：淬火钢等洛氏硬度是

18、用压痕深度作为洛氏硬度值的计量即，符号用HR表示，其计算公式为： 式中：C-常数 一般取0.2 h-压痕深度洛氏硬度试验的优缺点：优点是操作迅速、简便，硬度值可从表盘上直接读出；压痕较小，可在工件表面试验；可测量较薄工件的硬度，因而广泛用于热处理质量的检验。 缺点是精确性较低，硬度值重复性差、分散度大，通常需要在材料的不同部位测试数次，取其平均值来代表材料的硬度。此外，用不同标尺测得的硬度值彼此之间没有联系，也不能直接进行比较。 1.1.5 冲击韧性：冲击韧性是指材料在外加冲击载荷作用下断裂时消耗能量大小的特性冲击韧性是对材料的化学成分、冶金质量、组织状态内部缺陷以及试验温度等比较敏感的一个质

19、量指标。冲击韧性指标用 AK表示，试样缺口的形式有U型和V型两种。 冲击试验示意图1一摆锤 2一试样 3一机架 L指针：5；刻度盘试验时把标准试样安放在试验机的两支点中间，使试样的缺口背向的冲击方向，然后把摆锤抬到一定高度H ，摆锤由高处落下将试样击断，并自由回升到高度h，根据，摆锤的重量和冲击前后的高度差可以计算出冲断试样消耗的功；计算公式如下: k= G(H- h)/F 式中 H冲击前摆锤上升高度(米) h冲断试样后摆锤上升高度(米) G-摆锤重量(公斤力)F试样的横截面积 2、 脆性转变温度 冲击韧性与试验温度有关，有些材料在室温20左右试验时，并不显示脆性，而在，比较低的温度（低碳钢在

20、45）下可能会发生低温脆性断裂，材料由塑性状态转变为脆性状态的温度叫做“脆性转变温度”。3、钢材的脆化.冷脆化；金属材料在低温下呈现的脆性称为冷脆性。.热脆性；钢材长时间停留在400500后再冷却到室温，冲击韧度值会有明显下降，这种现象称之为钢材的热脆性。.氢脆；钢中的氢会使材料的力学性能脆化，这种现象称为氢脆。钢中的氢主要来源三个方. 冶炼过程中溶解在钢水中的氢. 焊接过程中由于水或油污在高温下分解出来的氢溶解在钢材中.工作介质中的氢进入钢中。氢致断裂只发生在-1001500C的温度范围内。.苛性脆化；苛性脆化一般都发生在受压元件的铆接和涨接处。.应力腐蚀脆性断裂；由于拉应力与介质腐蚀联合作

21、用引起的低应力脆性断裂叫做应力腐蚀。应力腐蚀产生的必要条件：.元件承受拉应力的作用.具有与材料种类相匹配的特定腐蚀介质环境.材料对应力腐蚀的敏感程度。对钢材而言应力腐蚀的敏感性与的成分、组织及热处理情况有关。 1.1.6 疲劳：在交变载荷的作用下材料发生破裂的现象叫做疲劳。 金属材料在无数次重复的交变载荷作用下，而不致破裂的最大应力，称为疲劳强度，或称疲劳极限。金属材料的疲劳强度，与其化学成分、表面状态、组织结构、夹杂物多少、分布情况以及应力分布等有一定关系。若零件表面进行热处理、强化处理，或零件表面精细加工和避免断面的急剧改变，都能提高零件的疲劳强度。一般钢铁的弯曲疲劳强度值只有抗拉强度的一

22、半左右。1.1.7 承压类特种设备的工作压力：对对圆筒形容器来讲，环焊缝受力只是纵焊缝的一半，而对球形容器来讲由于不存在切向应力，只有经向应力。故在相同压力和直径下，球形容器的壁厚比圆筒形容器的壁厚大约可以减少一半。1.2 金属学与热处理基本知识1.2.1金属的晶体结构 常见的晶体结构：1.体心立方晶格2.面心立方晶格3.密排六方晶格1、纯金属的结构、体心立方晶格：晶胞是一个立方体，立方体的八个顶角和立方体中心各有一个原子。、面心立方晶格 ：晶胞是一个立方体，立方体的八个顶角和六个面中心各有一个原子。 、密排六方晶格：晶胞是一个正六棱柱体，在柱体的各个角和上下底面中央各有一个原子，在顶面和底面

23、的中间还有三个原子。 2、金属的实际晶体结构 1）晶体结构 晶体内部的晶格位向（即原子排列方向）完全一致的晶体称为单晶体。 由许多小晶体组成的晶体称为多晶体，这些小晶体称为晶粒。晶粒与晶粒之间的界面称为晶界。 2）晶粒度：晶粒度可用晶粒的平均面积或平均直径表示。工业生产上采用晶粒度等级来表示晶粒大小。标准晶粒度共分8级，1-4级为粗晶粒，5-8级为细晶粒。 一般晶粒度越大，也就是越细越好，8级的晶粒直径大约0.02mm二、纯金属的结晶1、纯金属的冷却曲线和过冷现象 金属由液态转变为固态晶体的过程称为结晶。纯金属的结晶是在固定的温度下进行的右图为纯金属的冷却曲线。理论结晶温度：t0实际结晶温度：

24、t1 过冷度：tt0t1。过冷是金属结晶的必要条件。2、结晶过程1.2.2 铁碳合金的基本组织通常把钢和铸铁统称为铁碳合金。一般把含碳量0.02 2的称为钢，把含碳量大于2的称为铸铁。含碳量对钢铁的性质有决定性的影响，所以可以通过铁碳合金状态图来研究铁碳的有关特性。 1、 铁碳合金的基本组织 （1）、铁素体（F或） 铁素体是碳溶于-Fe中所形成的间隙固溶体，体心立方晶格。碳在-Fe中的溶解度很小，727时0.0218%；室温时为0.0008%,几乎为零。其强度和硬度很低，塑性、韧性好。显微组织是明亮的多边形晶粒（2）、奥氏体（A或） 奥氏体是碳溶于-Fe中所形成的间隙固溶体，面心立方晶格。碳在

25、-Fe中的溶碳量较高，1148时2.11%；1148时为0.77%。其强度和硬度比铁素体高，塑性、韧性也好。其晶粒呈多边形，晶界较铁素体平直。（3）、渗碳体（Fe3C）渗碳体是铁与碳形成的金属化合物，碳含量是6.69，具有复杂的晶体结构。其硬度很高，塑性和韧性很差，、Ak接近于零，脆性很大。（4）、珠光体（P） 奥珠光体是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物。是奥氏体冷却时，在727恒温下发生共析转变的产物。显微组织是铁素体与渗碳体片层状交替排列。性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高，硬度适中，有一定的塑性。（5）、莱氏体（Ld或Ld'） 莱氏体是由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。是在11

26、48恒温下发生共晶转变的产物，平均碳含量4.3%。含碳量为0.77铁碳合金只发生共析转变，其组织为100的珠光体。称为共析钢。共析：是指具有共析成分的单一母相在一定条件下分解生成两个或多个结构与成分不同的新相的过程含碳量大于0.77铁碳合金称为过共析钢。其组织是珠光体P渗碳体Fe3C0 含碳量小于0.77铁碳合金称为亚共析钢。其组织是铁素体F珠光体P2、铁碳合金状态图：铁碳合金状态图是表示在极缓慢加热(或极缓慢冷却)情况下，不同成分的铁碳合金在不同温度时所具有的状态或组织的图形。 一、铁碳合金状态图 二、铁碳合金状态图分析 1、主要特性点 1）A点：纯铁的熔点，温度1538,Wc=02）G点：

27、纯铁的同素异晶转变点，冷却到912时,发生-F-Fe 3）Q点：600时,碳在-Fe中的溶解度,Wc=0.0057%4）D点：渗碳体熔点,温度1227,Wc=6.69%5）C点：共晶点，温度1148，Wc=4.3%，成分为C的液相，冷却到此温度时，发生共晶反应：LcLd（AE+Fe3C）6）E点：碳在-Fe中的最大溶解度,温度1148，Wc=2.11%7）S点：共析点，温度727，Wc=0.77%，成分为S点的奥氏体，冷却到此温度时，发生共析反应：AsP（Fp+Fe3C）8）P点：碳在-Fe中的最大溶解度,温度727，Wc=0.0218%2、特性线 1）ACD线 ：液相线，由各成分合金开始结晶

28、温度点所组成的线，铁碳合金在此线以上处于液相。2）AECF线：固相线，由各成分合金结晶结束温度点所组成的线。在此线以下，合金完成结晶，全部变为固体状态。3）ECF水平线：共晶线，Wc2.11%的铁碳合金，缓冷至该线（1148）时，均发生共晶转变，生成莱氏体。4）ES线：碳在奥氏体中的溶解度曲线，通常称为Acm线。碳在奥氏体中最大溶解度是E点（wC2.11），随着温度的降低，碳在奥氏体中的溶解度减小，将由奥氏体中析出二次渗碳体Fe3C5）GS线：奥氏体冷却时开始向铁素体转变的温度线，通常称为A3线。6）PSK水平线：共析线，通常称为A1线。奥氏体冷却到共析线温度（727）时，将发生共析转变生成珠

29、光体（P），wC0.0218%的铁碳合金均会发生共析转变。7）GP线：0Wc0.0218%的铁碳合金，缓冷时，由奥氏体中析出铁素体的终了线。8）PQ线：碳在铁素体中的溶解度曲线。在727时，Wc=0.0218%，溶碳量最大，在600时，Wc=0.0057%。 在727缓冷时，铁素体随着温度降低，溶碳量减少，铁素体中多余的碳将以渗碳体（三次渗碳体Fe3C）的形式析出。一般情况下，忽略Fe3C的存在。9）、以上各特性线的含义，均是指合金缓慢冷却过程中的相变。若是加热过程，则相反。 3、相区 1）单相区：有F、A、L和Fe3C四个单相区2）两相区：五个两相区：LA两相区、L+Fe3C两相区、A+Fe

30、3C两相区、AF两相区、F+Fe3C两相区3）三相区：ECF共晶线是液相、奥氏体、渗碳体的三相共存线（L、A、Fe3C）PSK共析线是奥氏体、铁素体、渗碳体的三相共存线（A、F、Fe3C）4、铁碳合金的分类 1）工业纯铁：C 0.022）钢: 0.02 C 2.0 3) 铸铁：2.0 C 6.69 5、含碳量与力学性能间的关系 强度：当Wc<0.9时，随着Wc增加，不断提高；当Wc>0.9时，由于渗碳体在晶界呈网状分布，使钢的强度下降。硬度：随Wc的增加而提高。 塑性：随Wc的增加而迅速降低。 1.2.3 热处理一般过程热处理的工艺过程是由加热、保温、冷却三个过程组成的，其中温度和

31、时间是影响热处理的主要因素。简要叙述钢在热处理过程中的组织变化（1）加热时的转变奥氏体A的形成（2）冷却时的转变奥氏体A的分解1.2.4承压类特种设备用钢常见的金相组织和性能承压类特种设备用钢常见的金相组织中有：1.奥氏体 2.铁素体 3.渗碳体 4.珠光体 5.马氏体 6.贝氏体 7.魏氏组织 8.带状组织1.2.5 承压类特种设备常用的热处理工艺1.退火；将钢试件加热到适当温度，保温一定时间缓冷。以获得接近平衡状态的组织。目的：（1）降低硬度、改善切削加工性能、消除内应力。（2）消除应力退火：主要是指焊后热处理，主要目的是消除焊接过程中产生的内应力及冷作硬化。2.正火；将工件加热到Ac3或

32、Acm以上30500C，保持一定的时间在空气中冷却的热处理工艺。目的：和退火的目的相同。所不同之处在于冷却的速度3.淬火；将钢加热到临界温度以上，经适当的保温后快冷，使奥氏体转变成马氏体的过程。1.3承压类特种设备常用材料承压类特种设备是在承压状态下运行，材料要承受较大的工作压力，有些还要同时承受高温和介质腐蚀，工作条件十分恶劣，如果在使用过程中发生破坏性事故，将会造成严重损失，因此对制作承压类特种设备的材料有一定的要求这些要求主要包括：1.为保证安全性和经济性，所用材料应有足够的强度，即较高的屈服极限和强度极限。2.为保证在承受外加载荷 时不发生脆性破坏，所用材料应有良好的韧性。3.所用材料

33、应有良好的加工工艺性能，包括冷热加工性能和焊接性能。4.所用材料应有良好的低倍组织和表面质量。5.用以制造高温受压元件的材料应具有良好的耐高温性6.与腐蚀介质接触的材料应具有良好的抗腐蚀性能。1.3.1钢的分类1、按含碳量的分类 1）.低碳钢(C025)； 2）中碳钢(C0。25-060)： 3）高碳钢(C060)。2、按钢的质量分类，碳钢可分为：1）普通质量碳钢（Ws0.045%、Wp0.045%）不需要特别控制质量的钢种，包括一般碳素结构钢、碳素钢筋钢、铁道用一般碳素钢等。2）优质碳钢需要特别严格控制质量的碳钢。主要包括：机械结构用优质碳钢、工程结构用优质碳钢、冲压薄板的低碳结构钢、锅炉和

34、压力容器用碳钢、优质铸造碳钢等。3）钢按冶炼时脱氧方法不同，分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢等4） 质量等级有：A表示Ws0.050%、Wp0.045%；B表示Ws0.045%、Wp0.045%；C表示Ws0.040%、Wp0.040%；D表示Ws0.035%、Wp0.035%。脱氧方法有F（沸腾钢）、b（半镇静钢）、Z（镇静钢）、TZ（特殊镇静钢）四种，通常Z和TZ可省略。例：Q235AF。3.按钢的用途分类：1）结构钢：主要用于制造各种工程构件和机器零件。一般属于低碳钢和中碳钢。牌号：由代表屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号四部分顺序组成。2)、优质碳素结构钢 牌号：用两位

35、数字表示钢平均含碳量的万分数。例：45钢。3）、专用钢;锅炉与压力容器常用碳素钢承压元件主要使用低碳钢，因为塑性、韧性、加工工艺性和可焊性好（1） 优质碳素结构钢：A3g A3R 15g 20g，冲击韧性好，金属表面和内部缺陷少 (2)低合金钢是在碳素钢的基础上加入少量Si,Mn,Cu,Ti,V,Nb,P等合金元素构成的，它的含碳量较低，多数小于0.2%。其组织多数仍为F+P。由于少量合金元素的加入可以大大提高钢材的强度，并改善了钢材的耐腐蚀性等性能。16 MnR、13MnNiMoNbR、16 Mng1.3.2 低碳钢1、低碳钢是锅炉常用的钢材，碳是碳素钢中的主要合金元素，含碳量增加，钢的强度

36、增大，但塑性和韧性降低，焊接性能变差，因此制作焊接结构的锅炉和压力容器所使用的碳素钢，含碳量一般不超过0.25。此外钢中还含有其他少量的元素；锰、硅、硫、磷、氮等，锅炉用钢的含磷量不应大于0.032、常存杂质元素对碳钢性能的影响 1）、锰的影响： 改善钢的质量；提高钢的强度和硬度；减轻硫的危害；是有益元素，一般WMn0.25%0.80%。2）、硅的影响：消除FeO对钢的不良影响；产生固溶强化；是钢中有益元素，一般Wsi0.4%。3）、磷的影响：使钢的强度、硬度增加，但塑性和韧性显著降低；使钢低温时脆性严重（冷脆）；是有害元素，应严格控制磷含量。4）、硫的影响： 与铁形成化合物FeS，使钢变脆（

37、热脆）；是钢中有害元素，应严格控制硫含量。1.3.3 低合金钢承压类特种设备常用的低合金钢包括低合金结构钢、低温钢、耐热钢。低合金钢中通常添加的元素有锰、硅、铬、镍、钼、钒、硼和稀土元素。1.低合金结构钢低合金结构钢又称为低合金高强度钢，这类钢既有较高的强度，又有较好的塑性和韧性，使用低合金钢代替碳素钢，在相同的条件下，重量可以减少20 30另外 价格低，冷、热成型及焊接性能较好，因此在锅炉压力容器制造中广泛应用。2.低合金耐热钢当工作温度在4006000C时所使用的钢称之为低合金耐热钢。（钼钢、铬钼钢、铬钼钒钢）1.3 复习题一、名词解释二、判断三、选择四填空五、问答第二章 焊接基本知识2.

38、1 承压类特种设备常用的焊接方法 2.0.1 焊接的定义和特点1.定义：通过加热或加压，或者两者并用，并且用或不用填充材料，是工件达到结合的一种方法。GB/T3375-94焊接术语金属焊接：通过适当手段，使两个分离的金属物体（同种金属或异种金属）产生原子（或分子）间的结合而连接成一体的连接方法。2.焊接的优点（1）节省材料，减轻结构重量，经济性好（2）简化加工与装配工序，生产周期短，生产效率高（3）接头强度高，密封性好（4）结构设计的灵活性大，可实现材料的优化组合（5）利用拼焊可大大突破铸造和锻压的能力（6）焊接工艺容易实现机械化和自动化3. 焊接的缺点（1）容易产生较大的焊接变形和残余应力（

39、2）容易产生焊接缺陷（3）焊接接头与母材存在较大的组织不均匀，由此引起的性能不均匀。（4）焊接环境对人体有一定的危害， 强光、高温、有毒气体等。2.0.2 焊接方法分类1、 熔焊 接头处局部熔化，然后再冷却结晶成一体的方法。2. 压焊 利用摩擦、扩散和加压等物理作用，克服两个表面的不平度，除去氧化膜及污染物，使两个连接表面的原子相互接近到晶格距离，从而在固态条件下实现的连接成为固相焊接，由于固相焊接时通常加压，因此称压焊。3. 钎焊：采用熔点比较低的金属材料作为钎料，将焊件和钎料加热至高于钎料熔点，但低于母材熔点的温度，利用毛细作用使液态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材相互扩散连接焊件的方

40、法，称为钎焊。软钎焊 <450钎料（铅、锡合金为主）-强度较低硬钎焊 > 450钎料（铜、银、镍合金为主）-强度较高锅炉压力容器主要采用熔化焊。焊接占制造工作量的30%以上。焊接质量影响锅炉压力容器的产品质量和安全可靠性2.1.1手工电弧焊：是通过高温下熔化金属与熔渣间的冶金反应，还原并净化焊缝金属，从而得到优质的焊缝。其特点是：设备简单、便于操作、适用于室内外各种位置的焊接。 1. 手工电弧焊的特点 、定义：手工电弧焊是利用电弧放电时产生的热量熔化焊条和焊件，从而获得牢固接头的焊接过程。、焊接电弧的组成、优点：工艺灵活，适应性强，特别适于锅炉压力容器内件、接管、补强、支座等部位焊

41、接及球罐和绕带容器焊接。、缺点：劳动强度大、生产效率低、依赖于工人的技术水平2. 手工电弧焊设备、交流电焊机： 20V交流电变为低电压，大电流的电源电焊机、旋转直流电焊机： 交流电使电动机旋转，带动发电机电枢旋转发出直流电供焊接使用。、硅整流直流电焊机：将工频交流电整流为直流电的手工电焊设备。、锅炉压力容器焊接：采用低氢型焊条，直流反接 （焊条接正极，工件接负极）3. 手工电弧焊焊条（1）焊芯：作为电极产生电弧、作为熔化金属，形成焊缝。(2)、牌号： 一律用汉语拼音的H开头 后面紧跟钢号 末尾-A 高级优质焊丝 硫磷含量0.030% -E 特级焊条钢 硫磷含量0.020% -C 特级焊条钢 硫

42、磷含量0.015%（3）药皮作用： 、提高电弧燃烧的稳定性、防止空气对熔化金属的不良作用、保证焊缝金属的脱氧作用、加入合金元素提高焊缝金属的机械性能、提高焊接生产率（4）焊条的种类 、碱性焊条（熔渣碱度>1.5）：含有CaCO3 、CaF2、CaSiO3、MgCO3等碱性氧化物。渣流动性好，抗裂性能好，冲击韧性较高。广泛用于锅炉压力容器制造。对锈、油水敏感，易产生焊接缺陷。一般只用直流焊接。、酸性焊条 （熔渣碱度<1.5）：少量有机物。工艺性能好，成型美观，对锈、油水敏感度小，抗排气能力强焊缝抗裂性差，焊缝力学性能较低，一般用于结构焊接。（5）焊条的编号4. 手工电弧焊的焊接规范（

43、1）焊接电流：焊接电流取决于焊条直径和焊缝位置。电流大易出现咬边、烧穿等，焊接电流小，容易出现未焊透、夹渣。（2）电弧电压：电弧长电压高，熔化宽度大。一般20-25伏（3）焊条直径：一般用3-5mm 直径焊条，工件厚度大于12mm，可用4-6mm直径焊条，但必须用直径小于3.2 mm的焊条打底。（4）焊接速度： 通常不超过10m/h（5）焊接层数 一般是工件厚度与焊条直径比值的整数倍。5. 手工电弧焊的焊接位置及特点（1）平焊:水平位置的焊接。（2）立焊：立焊是焊接在垂直乎面上垂直方向的焊缝。立焊时，由于焊条的熔淌和熔池内金属容易下流所以操作较困难。（3）横焊 横焊是焊接在垂宣平面上水平方向的

44、焊缝。横焊时，熔化金属由于重力作用，容易下流而产生咬口、焊瘤及未焊透等缺陷。因此，应采用短电弧，小直径的焊条以及适当的焊接电流利运条方法。（4）仰焊 仰焊时，必须保持最短的电弧长度，以使熔滴在很短的时间内，从焊条末端过渡到熔池中去。 为减少焊接熔池的面况使焊缝容易成形，则焊条直径和焊接电流要比平焊时小。仰焊时所用的焊条宜径要视被口形状而定，一般为32或4毫米。若焊条直径较大则熔池面积过大，容易造成熔化金属向下垂落的情况。2.1.2 埋弧自动焊 焊丝I末端和焊件7之间产生电弧2后，电弧的辐射热使焊丝末端周围的焊剂5熔化，有部分被蒸发，焊剂蒸气将电弧周围的熔化焊剂熔渣4排开，形成一个封闭空间使电弧

45、与外界空气陌绝，电弧在此空间内继续燃烧焊丝便不断熔化，并以滴状落下，与焊件被熔化的液态金属混合形成焊接熔池3。随着焊接过程的进行电弧向前移动，焊接熔池也随之冷却而凝固，形成焊缝6。比重较轻的熔渣浮在熔池的表面，冷却后成为渣壳8埋弧自动焊的优点（1）生产率高 5-10倍（2）焊缝质量好（3）节省焊接材料和电能（4）焊件变形小（5）改善了劳动条件埋弧自动焊焊接规范（1）焊接电流当其他参数保持不变时，随着焊接电流的增加，熔池底部的液态金属被排出的作用加强，电弧便直接加热熔池底部的未熔化金属，使熔深成正比增加。2.1.3 氩弧焊氩弧焊是用惰性气体氩气作为保护气体的一种电弧焊接方法。氩弧焊的优缺点；1、

46、优点:（1）适用焊接各种钢材、有色金属及合金，焊接质量优良，（2）便于实现全位置自动化焊接。（3）焊接速度快，热影响区小，工件变形小（4）电弧稳定，飞溅少，焊缝致密，成型美观。2、缺点：成本高，设备控制系统复杂，生产效率低，只能用于薄工件。2.1.4 二氧气体保护焊；2.1.5 等离子焊;2.1.6 电渣焊: （略）2.2 焊接接头2.2.1焊接接头的形式焊接接头的形式一般由被焊接金属件的相互结构和位置来决定的，通常的接头形式有:对接接头、搭接接头、角接接头、T形接头四种。1、 对接接头 将两金属件置于同一平面或曲面内使其边缘相对，沿边缘直线或曲线进行焊接的接头，称对接接头。、对接接头是最常见

47、和最合理的接头形式， 如筒体接头、封头拼接接头、封头与筒体接头等。、对接接头处结构基本是连续的，应力分布也比较均匀。接头余高过高或过低都会引起应力集中。、对接接头余高一般不会超过3mm。、按每种接头的形式不同又有不同形式的坡口，焊接坡口形式指两金属连接处预先被加工成 的结构形式，一般由焊接工艺决定，坡口的形式的选择要考虑以下因素：.保证焊透 .充填焊缝部位的金属要尽量少 .便于施焊，改善劳动条件，对圆筒形构件尽量减少内焊接 、应尽量减少焊接变形量。2. 搭接接头：两块板料相叠，在端部或侧面角焊的接头，称为搭接接头，属于角焊缝，结构并不连续，应力集中比较大。常用于立式金属储罐的罐壁和罐底板的焊接

48、。3. 角接接头： 两构件成直角或一定角度，而在其连接边缘焊接的接头，称为角接接头。常用于锅炉压力容器接管、法兰、夹套、管板、管子、凸缘等4. T字接头：两构件成T字形焊在一起的接头，称为T字接头2.2.2 焊接接头的组成焊接接头包括；焊缝、熔合区和热影响区三部分。焊接接头示意图焊接热影响区是焊接过程中，材料因受热的影响而发生金相组织和机械性能变化的区域，热影响区的宽度与焊接方法、线能量、板厚及焊接工艺有关。2.2.3 焊接接头的组织和性能焊缝金届是由熔池的液态金属凝因而成，熔池从高温冷却到常温，通常要经过两次组织变化。第一次是从液态转变为固态(即奥氏体)时的结晶过程，称为一次结晶；第二次是当

49、焊缝金属温度低于相变时发生的组织转变，称为焊缝的二次结晶。常温下焊缝组织是二次结晶。1、熔池冷却速度大。2、熔池中液体金属处于过热状态。3、熔池中心和边缘的温度梯度大。4、熔池是在运动状态下结晶，带有周期性。5、一次结晶过程中，由于冷却速度快，焊缝金属元素来不及扩散，会产生化学成分分布不均匀的现象，这种现象称为偏析。6、焊接接头的薄弱部位不在焊缝，而在熔合区和热影响区。7、焊缝余高并不能增加整个焊接接头的强度。余高的存在导致结构不连续，产生应力集中，使疲劳强度下降。2.3 焊接应力与变形焊接应力与变形往往使焊接产品质量下降，焊缝中裂纹的产生与焊接应力有着密切的关系，残余应力大的部位会发生应力腐

50、蚀和疲劳裂纹。2.3.1焊接应力和变形的概念我们所说的焊接应力和变形就是指焊接的残余内应力和焊接的残余变形。1.焊接应力的分类；（1）热应力（2）组织应力(3)瞬时应力（4）残余应力2.焊接变形的分类由于焊接接头型式不同，工件的厚度、焊缝的长度不同，焊缝会出现不同形式的变形，大体可以分为：纵向变形、横向变形、弯曲变形、角变形等多种形式。2.3.2 焊接变形和应力的形成焊接变形和应力是由于多种因素同时作用造成的，其中最主要的因素有：焊件上的温度分布不均匀、熔敷金属的收缩、焊接接头金属组织的转变及工件刚性约束等。2.3.3 焊接应力的控制 措施焊接件内应力是不可避免的，但是可以根据其产生的机理和规

51、律找出一些措施控制它，使危害减少到最小。控制内应力的主要工艺措施是1.合理的装配与焊接顺序2.焊前予热2.3.4 消除焊接应力的方法；（1）热处理法（2）机械法（3）振动法2.4 承压类特种设备常用钢材的焊接2.4.1钢材的焊接性1.焊接性的含义工艺焊接性；指焊接接头出现裂纹的可能性（抗裂性）使用焊接性；指焊接接头在使用中的可靠性（耐热性、耐腐蚀性、塑性、韧性、硬度等）2.焊接性的估算钢材的焊接性能主要取决钢材的化学成分，特别是碳对焊接的影响最大，所以在工程上以碳当量进行估算。3.焊接性试验焊接性试验主要包括以下内容；(1)焊接接头的抗热裂纹能力(2)焊接接头的抗冷裂纹能力(3)焊接接头的抗脆

52、性转变能力(4)焊接接头的使用性能（如耐腐蚀性、耐热性、低温韧性等)4.焊接工艺评定焊接工艺评定是在钢材焊接性能试验的基础上，结合承压类特种设备特点，技术条件，在制造单位具体条件下进行的焊接工艺验证试验，它的作用是评定施焊单位制定的焊接作业指导书是否正确，施焊单位能否焊出合格的产品。2.4.2 控制焊接质量的工艺措施承压类特种设备使用最多的是低合金高强钢，低合金高强钢的焊接最重要的原则是避免淬硬组织和控制冷裂纹。控制焊接质量的工艺措施的主要内容有；1.予热；预热的温度一般在502500 C 之间，预热温度与施焊时的环境温度、钢种的强度级别、坡口形式、焊接材料的类型，金属的含氢量有关。2.焊接能

53、量参数；焊接能量参数是指焊接电流、电弧电压、焊接速度。3.多层多道焊4.紧急后热5.焊条烘烤和坡口清洁2.4.3 低碳钢的焊接1.低碳钢的焊接性（1）低碳钢一般塑性较好，没有淬硬倾向，对焊接加热和冷却不敏感，焊缝和热影响区不容易产生裂纹。（2）一般焊前不需要预热（3）杂质少，偏析很小（4）但工艺选择不当，热影响区的晶粒会长大（5）可采用交、直流电源，工艺简单。2.低碳钢焊接的工艺措施低碳钢焊接一般不需要预热，焊后也无需进行热处理。但当厚度特别大时，焊后需要回火处理。在低温焊接时需要预热，电渣焊后必须进行正火处理。2.4.4 低合金钢的焊接1.低合金钢的焊接特点（1）热影响区的淬硬倾向比较大（2

54、）容易出现冷裂纹2.产生冷裂纹的主要原因；（1）焊缝和热影响区的氢含量（2）热影响区的淬硬程度（3）焊接接头的刚度所决定的焊接应力大小2.4.5 奥氏体不锈钢的焊接1.奥氏体不锈钢的焊接性奥氏体不锈钢的焊接性较好，焊接时一般不需要采取特殊的工艺措施，但当焊接工艺选择不当时，容易出现晶间腐蚀及裂纹。2.奥氏体不锈钢的焊接时，防止或减少晶间腐蚀的主要措施；（1）使焊缝形成双相组织（2）严格控制含碳量（3）添加稳定剂（4）焊后热处理（5）采用正确的焊接工艺3.奥氏体不锈钢的焊接时，防止产生热裂纹的主要措施；(1)在焊缝中加入形成铁素体的元素(2)减少母材和焊缝的含碳量(3)严格控制焊接规范1.酸性焊条、碱性焊条