压力容器相关知识探讨

压力容器相关知识探讨山东科技大学机电学院胡效东2014.07.25山东省特检院泰安分院系列讲座主要目录1、个人简介2、压力容器管理体系3、压力容器分类4、压力容器用材料5、压力容器设计6、压力容器制造与检测7、压力容器设计和制造行业发展的方向1、个人简介学历：研究生学位：工学博士

职称：副教授硕士生导师山东科技大学机电学院过程装备与控制工程专业研究方向：压力容器先进设计方法；流体动力学仿真；振动与噪声控制社会兼职：山东省特种设备事故调查专家

山东省特种设备协会专家组成员

联系方式：电话机箱：huxdd@163.com1、个人简介（学习简历）2004年9月—2007年6月山东大学机械工程学院

机电专业

博士研究生2001年9月—2004年6月山东大学机械工程学院

机电专业硕士研究生1991年9月—1995年6月华东理工大学动力与机械学院

化机专业

本科1、个人简介（主要研究内容与方向）主要从事过程装备设计及制造、先进设计方法、流体动力学仿真等方向的教学与科研工作。主持或参与国家级、省部级项目多项，在压力容器的分析设计、噪声与振动控制、专用工装设计方面等方面做了较多的工作。获国家专利多项（其中发明专利2项）。在国内外期刊及国际会议上发表文章三十余篇，被SCI和EI收录20余篇。指导硕士研究生10名（其中2名已毕业）。1、个人简介（主要讲授课程）本

科：机械工程材料与热处理

热加工工艺

过程装备制造与检测（压力容器）研究生：现代机械设计方法

机械控制理论

现代控制工程留学生：金属材料与热处理

设备故障诊断1、个人简介（工作阅历）1995年7月—1997年5月山东小鸭电器有限公司技术处科室主任1997年6月—2001年6月山东小鸭集团技术中心科室主任2007年07月至今山东科技大学过程装备与控制工程教师2010年12月至2013年12月

山东大学材料与科学工程焊接专业博士后2、压力容器管理体系国家法律：行政法规：部门规章安全技术规范、强制性国家标准引用标准国家法律暂时还没有，人大代表已多次有提案，目前处于立法阶段地位仅次于宪法，由全国人民代表大会审定，国家主席签署发布。暂命名为“中华人民共和国特种设备安全法”相关法律：中华人民共和国安全生产法、中华人民共和国产品质量法、中华人民共和国商品检验法、中华人民共和国劳动法、中华人民共和国行政许可法等。行政法规国务院第373号令2003年3月发布《特种设备安全监察条例》，朱镕基总理签署，2003年6月施行。国务院第５４９号令，２００９年１月发布对《特种设备安全监察条例》的修改，温家宝签署，２００９年５月施行。地方性法规：省、市、自治区、直辖市及较大的市人大通过的条例，如《山东省特种设备安全监察条例》等。部门规章以特种设备安全监督管理部门首长签署部分令予以公布的“办法”、“规定”等。《特种设备质量监督与安全监察规定》，原国家质量技术监督局第13号发布。《锅炉压力容器制造监督管理办法》国家质量监督检验检疫总局令第14号发布，2002.７.12发布《特种设备作业人员监督管理办法》国家质量监督检验检疫总局令第70号发布，2005.1.10发布．属于综合性、通用性、管理性内容较为突出的办法、规定安全技术规范、强制性国家标准安全技术规范是指经过规定的编制、审定程序，由部门领导授权签署、以总局名义发布的规范性文件（规程、规则等）。如TSGR2004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》，目前以TSG安全技术规范的形式颁布的文件有约70个。强制性国家标准，如GB150-1998,与特种设备有关的强制性国家标准在法规标准体系中的地位相当于特种设备安全技术规范。引用标准GB150《钢制压力容器》GB151《管壳式换热器》GB12337《钢制球形储罐》JB/T4710《钢制塔式容器》JB/T4731《钢制卧室容器》JB/T4732《钢制压力容器-分析设计标准》JB/T4734《铝制焊接容器》JB/T4745《钛制焊接容器》JB/T4755《铜制压力容器》3压力容器分类３.1压力容器的划定范围３.2GB150的适用范围３.3《压力容器安全技术监察规范》管辖范围３.4压力容器的分类３.1压力容器的划定范围３.1.1受压元件。容器壳体、密闭元件、开孔补强圈、外压加强圈。３.1.2非受压元件。支座及垫板、保温圈、塔盘支承圈。３.1.3划定范围。GB150和容规规定了压力容器的范围：壳体及其连为整体的受压零部件。（1）容器与外部管道连接；（2）接管、人孔、手孔等的承压封头、平盖及其紧固件；（3）非受压元件与受压元件的连接焊缝；（4）直接连接在容器上的非受压元件如支座、裙座等；（5）容器的超压泄放装置等。３.2GB150的适用范围３.2.1GB150的适用范围３.2.2GB150容器GB150容器，规定了其设计压力、设计温度等。３.2.3GB150不适用的各类容器设计压力低于0.1MPa，且真空度低于0.02MPa的容器；

《移动式压力容器安全监察规范》管辖的容器；经常搬运的移动式容器

旋转和往复动机械中的自成整体或作为部件的受压气室；核能装置中存在中子辐射损伤失效风险的容器；

内直径小于150mm的容器；

搪玻璃容器和制冷空调行业中另有国家标准或行业标准的容器。适用范围除本体外：压力容器与外部管道或装置焊接连接的第一道环向焊接接头的焊接坡口、螺纹连接的第一个螺纹接头、法兰连接的第一个法兰密封面、专用连接件或管件连接的第一个密封面；压力容器开孔部分的承压盖及其紧固件；非受压元件与压力容器本体连接的连接焊缝本规程适用于同时具备下列条件的压力容器：(1)最高工作压力大于或者等于0.1MPa；(2)工作压力与容积的乘积大于或者等于2.5MPa·L；(3)盛装介质为气体、液化气体以及最高工作温度高于或者等于其标准沸点的液体。注：工作压力：是指压力容器在正常工作情况下，其顶部可能达到的最高压力（表压力）。注：容积：是指压力容器的几何容积，即由设计图样标注的尺寸计算（不考虑制造公差）并且圆整。一般应当扣除永久连接在压力容器内部的内件的体积。３.3《压力容器安全技术监察规范》

管辖范围不适用的各类容器（1）移动式压力容器、气瓶、氧舱；（2）锅炉安全技术监察规程适用范围内的余热锅炉；（3）正常运行最高工作压力小于0.1MPa的容器（包括在进料或出料过程中需要瞬时承受压力大于或者等于0.1MPa的容器）；（4）旋转或者往复运动的机械设备中自成整体或者作为部件的受压器室（如泵壳、压缩机外壳、涡轮机外壳、液压缸等）；（5）可拆卸垫片式板式热交换器（包括半焊式板式热交换器）、空冷式热交换器、冷却排管。３.3《压力容器安全技术监察规范》

管辖范围３.4压力容器的分类３.4.1根据生产装置中（化工）工艺单元过程分类３.4.2根据生产过程中的作用和原理分类３.4.3根据压力容器等级分类３.4.4根据温度分类３.4.5根据《容规》分类３.4.6根据“压力容器压力管道设计许可证”３.4.7根据“压力容器制造许可证”３.4.8压力容器的其他分类方法３.4.1根据生产装置中（化工）工艺

单元过程分类非均相分离：液固、气固分离。过滤器、分离器、洗涤器搅拌与混合：搅拌器混合器制冷与深度制冷：蒸发器、冷凝器、过冷器热量传递：换热器、再沸器、冷凝器、空冷器蒸发：蒸发器结晶：结晶器蒸馏：分馏塔、精馏塔；板式塔、填料塔吸收与解析：吸收塔和解析塔萃取：萃取塔吸附：吸附塔气液传质：塔式容器干燥：干燥器化学反应：搅拌釜、固定床、流化床贮存：贮罐、贮槽，卧式、立式、球型……３.4.2根据生产过程中的作用和原理分类1）按生产工艺过程中的作用原理，分为：

反应压力容器（代号R）：主要用于完成介质的物理、化学反应的压力容器；

换热压力容器（代号E）：主要用于完成介质的热量交换的压力容器；

分离压力容器（代号S）：主要用于完成介质的流体压力平衡和气体净化分离的压力容器；

储存压力容器（代号C）：主要用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介质的压力容器。３.4.3根据压力容器等级分类《容规》（附件）一对压力容器按设计压力分类低压L：0.1≦p<1.6MPa中压M：

1.6≦p<10MPa高压H：

10≦p<100MPa超高压U：p≧100MPa根据GB150的使用范围压力容器：“GB150容器”常压容器：-0.02MPa<p<0.1MPa３.4.4根据温度分类GB150容器中，规定设计温度低于或等于-20℃的容器为低温压力容器。日本：<-10℃英国：<0℃德国：<-10℃３.4.5根据《容规》分类压力容器的分类及压力等级、品种的划分介质分组压力容器的介质分为以下两组，包括气体、液化气体或者最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体。(1)第一组介质：毒性程度为极度危害、高度危害的化学介质，易爆介质，液化气体。(2)第二组介质：除第一组以外的介质。介质危害性介质危害性指压力容器在生产过程中因事故致使介质与人体大量接触，发生爆炸或者因经常泄漏引起职业性慢性危害的严重程度，用介质毒性程度和爆炸危害程度表示。A1.2.1毒性程度综合考虑毒性、最高容许浓度和职业性慢性危害等因素。极度危害：最高容许浓度小于0.1mg/m3；高度危害：最高容许浓度0.1～1.0mg/m3；中度危害：最高容许浓度0～10.0mg/m3；轻度危害：最高容许浓度大于或者等于10.0mg/m3。介质危害性A1.2.2易爆介质指气体或者液体的蒸汽、薄雾与空气混合形成的爆炸混合物，并且其爆炸下限小于10%，或者爆炸上限和爆炸下限的差值大于或者等于20%的介质。A1.2.3具体介质毒性危害程度和爆炸危险程度的确定按照HG20660—2000《压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类》确定。HG20660没有规定的，由压力容器设计单位参照GB5044—1985《职业性接触毒物危害程度分级》、德原则，决定介质组别。压力容器类别划分方法毒性危害程度分类３.4.6根据“压力容器压力管道设计许可证”类别级别品种范围范围备注AA1超高压容器单层、锻焊、多层包扎、绕带、绕板、热套、无缝A2第三类低、中压容器A3球型储罐A4非金属压力容器CC1铁路罐车C2汽车罐车或长管拖车C3罐式集装箱DD1第一类压力容器D2第二类低、中压容器SAD压力容器分析设计３.4.7根据“锅炉压力容器制造监督管理办法”

３.4.8压力容器的其他分类方法按容器主体材料有：钢制（碳素钢、低合金钢、高合金钢）、铝制、钛制、其他有色金属等。按结构形式分为：单层、锻焊、多层包扎、绕带、绕板、热套、无缝等。按容器截面形状分有：圆形截面、非圆形截面。按容器主轴线方向有：立式、卧式。按容器壁厚分有：薄壁、厚壁。4

压力容器材料４.1钢材生产基本知识４.2钢材的常用合金元素及其主要作用４.3钢材的物理性能及其试验方法４.4力学性能及其试验方法４.5工艺性能及其试验方法４.6金相组织及其试验方法４.7金属材料的腐蚀类型及其试验方法４.1钢材生产基本知识转炉炼钢的生产流程：高炉炼铁铁水预处理氧气转炉炼钢炉外精炼连铸（模铸）钢坯热装热送（钢锭）连轧（轧制）；电炉炼钢的生产流程：电炉炼钢炉外炼钢连铸（模铸）钢坯热装热送（钢锭）连轧（轧制）热处理４.1.1炼钢４.1.1炼钢４.1.4脱氧技术４.1.5几个基本术语钢锭：将熔融的钢水注入模型内，带钢水凝固脱模后所得到的具有一定形状的铸钢件。毛坯：用于制作某种钢件的坯料钢坯：用于轧（压）制钢材的坯料。板坯：用于轧制钢板的坯料原轧制钢板：由一块（个）钢坯或板坯（钢锭）径轧制而形成的一张钢板。４.1.5几个基本术语钢号：钢铁产品牌号。用汉语拼音、化学符号和阿拉伯数字表示刚才产品名称、用途、冶炼和浇铸方法及分类，强度等级，主要化学成分和含量等。炉号：炼钢炉次的批号，同一炉号的钢材具有相同的化学成分。批号：钢厂按有关规定，将同一钢号的钢材组成一个供货批次的编号。通常应为同一钢号、同一炉号、同一轧制和热处理制度的钢板为一批。4.1.5钢材分类我国常用的钢材分类方法有5种：按化学成分分类按品质分类(质量等级)按冶炼方法按金相组织分类按用途分类按化学成分分类：碳素钢和合金钢中碳钢0.25~0.6%C高碳钢

0.6%C低碳钢

0.25%C低合金钢合金元素总量5%中合金钢合金元素总量5~10%高合金钢合金元素总量10%碳素钢合金钢按品质分类钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。分为普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢。根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下：钢类碳素钢合金钢PSPS普通质量钢≤0.045≤0.045≤0.045≤0.045优质钢≤0.035≤0.035≤0.035≤0.035高级优质钢≤0.030≤0.030≤0.025≤0.025特级优质钢≤0.025≤0.020≤0.025≤0.015按金相组织亚共析钢共析钢过共析钢

按退火组织分珠光体钢贝氏体钢马氏体钢铁素体钢奥氏体钢莱氏体钢

按正火组织分按用途分类工程用钢建筑、桥梁、船舶、车辆渗碳钢调质钢弹簧钢滚动轴承钢耐磨钢机器用钢结构钢刃具钢模具钢量具钢工具钢不锈钢耐热钢特殊性能钢4.1.6钢材的热处理热处理：是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺。热处理特点：热处理区别于其他加工工艺如铸造、压力加工等的特点是只通过改变工件的组织来改变性能，而不改变其形状。热处理适用范围：只适用于固态下发生相变的材料，不发生固态相变的材料不能用热处理强化。4.1.6钢材的热处理其他热处理普通热处理表面热处理热处理退火正火淬火回火真空热处理形变热处理激光热处理控制气氛热处理表面淬火—感应加热、火焰加热、电接触加热等化学热处理—渗碳、氮化、碳氮共渗、渗其他元素等4.1.6钢材的热处理退火正火淬火回火调质固溶稳定化退火机械零件的一般加工工艺为：毛坯（铸、锻）→预备热处理→机加工→最终热处理→精加工。退火与正火工艺主要用于预备热处理，只有当工件性能要求不高时才作为最终热处理。热处理时间温度A1MSMfA冷过APBMA→MA→BA→P转变开始线转变终了线退

火将钢加热至适当温度保温，然后缓慢冷却（炉冷）的热处理工艺叫做退火。退火目的(1)调整硬度，便于切削加工，适合加工硬度为170-250HB。(2)改善或消除坯料在铸造、锻造和焊接时所产生的成分或组织不均匀性(3)消除内应力，稳定尺寸。(4)细化晶粒，改善钢中碳化物的形态和分布。（完全退火）退火退火的种类很多，常用的有完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、去应力退火、再结晶退火。完全退火：主要用于亚共析钢,Ac3+30~50℃等温退火:亚共析钢加热温度Ac3+30~50℃共析、过共析钢加热温度Ac1+30~50℃球化退火:球化退火是将钢中渗碳体球状化的退火工艺。加热温度Ac1+30-50℃低温退火：在低于AC1点进行的，主要是为消除钢件的残余应力，稳定尺寸，消除冷作硬化，降低硬度，又称为去应力退火，是压力容器制造中常见的热处理方法。正火正火是将亚共析钢加热到Ac3+30~50℃，共析钢加热到Ac1+30~50℃，过共析钢加热到Accm+30~50℃，保温后空冷的工艺。正火的目的⑴对于低、中碳钢(≤0.6C%)，目的与退火的相同。⑵对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备。⑶普通件最终热处理。改善切削性能低碳钢用正火，中碳钢用退火或正火，高碳钢用球化退火。淬火淬火：将钢件加热到Ac3以上某一温度，保温一定时间，使之奥氏体化，急冷至室温，以获得淬硬组织的一种热处理工艺。目的：提高钢的强度和硬度；能改善某些特殊钢的力学和化学性能。常用淬火介质是水和油。各种淬火方法示意图1—单液淬火法2—双液淬火法3—分级淬火法4—等温淬火法回火将淬硬后的钢件加热至AC1以下某一温度，保温一定时间，然后以一定的速度冷却到室温的热处理工艺。回火的主要目的：(1)消除淬火或正火产生的热应力和组织应力，降低脆性，防止变形或开裂；(2)能使淬火或正火后的淬硬组织（马氏体、贝氏体）转变为较稳定的组织，以确保得到所要求的良好综合力学性能。(3)不同温度回火，可以获得不同组织和性能。通过选择不同的回火温度，可以调整淬火或正火后钢件的力学性能。回火低温回火：回火温度，150~250℃低温回火的目的是在保留淬火后高硬度、高耐磨性的同时，降低内应力，提高韧性。主要处理各种工具、模具、轴承及经渗碳和表面淬火工件。中温回火：回火温度，350-500℃回火托氏体组织具有较高的弹性极限和屈服极限，并具有一定的韧性，主要用于各类弹簧的热处理。高温回火：回火温度，500-650℃调质回火索氏体组织具有良好的综合力学性能，即在保持较高的强度同时，具有良好的塑性和韧性。通常把淬火加高温回火的热处理工艺称作“调质处理”，简称“调质”。调质广泛用于连杆、轴、齿轮等各种重要结构件的处理。也可作为精密零件、量具等的预备热处理。固溶和稳定化固溶：奥氏体不锈钢加热到1000℃~1100℃,保温一定时间然后快速冷却，获得单项奥氏体组织的工艺方法。处理后的不锈钢具有一定的强度，很高的韧性和优良的耐蚀性。稳定化：将含有Ti和Nb等稳定化元素的奥氏体不锈钢，加热到850℃~950℃，保温一定时间后水冷、油冷或空冷，使稳定化元素Ti、Nb和钢中的碳形成TiC和NbC，提高钢的耐晶间腐蚀等的能力。4.3力学性能及其试验方法4.3.1拉伸试验4.3.2蠕变及持久试验4.3.3硬度试验4.3.4冲击试验4.3.5落锤试验4.3.1拉伸试验

低碳钢拉伸曲线ΔLF0

脆性材料拉伸曲线4.3.1拉伸试验可获得如下力学性能：抗拉强度：相应最大力的应力为抗拉强度屈服强度：当金属材料呈现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点。断后伸长率：试样拉断后标距的残余伸长与原始标距之比的百分率。端面收缩率：断裂后试样横截面积的最大缩减量与原始横截面面积之比的百分率。4.3.2蠕变及持久试验蠕变是指材料在一定温度和在恒定载荷的作用下，随着时间的延长形变逐渐增加的现象。4.3.2蠕变及持久试验蠕变极限和持久强度极限都反映材料高温性能的重要指标。持久强度极限：试样在一定的温度和在规定的持续时间内，引起断裂的最大应力值。主要考虑破坏时的应力。压力容器行业：钢材在设计温度t时，经10万小时断裂时的持久强度极限。4.3.3硬度试验布氏硬度HB洛氏硬度HRAHRBHRC维氏硬度HW4.3.4冲击试验夏比冲击试验：评定金属材料韧性。1.冲击吸收功：指材料在受到外加冲击载荷的作用下，断裂时所消耗能量大小的特性。2.冲击韧性：是指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。材料的冲击韧性随温度下降而下降。在某一温度范围内冲击韧性值急剧下降的现象称韧脆转变。材料的使用温度应高于韧脆转变温度。4.4工艺性能及其试验方法4.4.1压力加工工艺简介4.4.2冷加工工艺性能及其试验方法4.4.3焊接性能4.4.1压力加工工艺简介金属压力加工是利用外力作用，使金属坯料产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的加工方法。主要包括：轧制拉制挤压锻造（锻压）冷、热成型冷冲压。其中轧制、拉制、挤压主要用来生产各种断面的型材，钢板、钢管。后几种用来生产各种毛坯或半成品，如压力容器的法兰，管板。模锻自由锻轧制正挤压反挤压拉拔冲压4.4.2冷加工工艺性能及其试验方法弯曲：金属弯曲试验是一种工艺性能试验方法。弯曲试验就是按规定尺寸弯心，将试样弯曲至规定程度，以此检验金属承受塑性变形的能力，并显示其冶金或焊接缺陷。母材主要测定弯曲角度，观察弯曲部分的外侧，然后按照标准评定对焊接接头的弯曲试验是以试样上出现第一条裂纹时的弯曲角度来确定的。金属弯曲试验压扁试验压扁试验，是用以检验金属管压扁到规定尺寸的变形性能，并显示其缺陷的一种试验方法。在进行压扁试验时，将试样放在两个平行板之间，用压力机或其他方法，均匀地压至有关的技术条件规定的压扁距，检查试样弯曲变形处，如无裂缝、裂口或焊缝开裂，即认为合格。试验焊接管时，焊缝位置应在有关技术标准中规定，如无规定时，则焊缝应位于同施力方向成90°角的位置。试验均在常温下进行，但冬季不应低于-10℃。扩口试验扩口试验，是检验金属管端扩口工艺的变形性能一种方法。在进行扩口试验时，将具有一定锥度（如1：10，1：15等）的顶芯压入金属管试样一端，使其均匀地扩张到有关技术条件规定的扩口率（%），然后检查扩口处是否有裂纹等缺陷，以判定合格与否。4.4.3焊接性能焊接是通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达到结合的一种方法。金属材料的焊接性能：指在限定的施工条件下焊接成符合要求的构件，并能满足预定使用的能力。即指材料焊接加工的适用性和使用可靠性。焊接性受材料、焊接方法、构件类型及使用要求四个因素的影响。4.4.3焊接性能焊接性的好坏主要从两个方面来衡量。一是焊接工艺性的优劣；二是焊接接头在使用过程中的可靠性。一般情况下，合金的含碳量越高，其焊接性就会越差。碳当量：把钢材化学成分中的碳和其它合金元素的含量多少对焊后淬硬、冷裂及脆化等的影响折合成碳的相当含量。

4.5金相组织及其试验方法

4.5.1钢中常见的金相组织4.5.2典型钢号的金相组织4.5.3焊接接头的金相组织4.5.4晶粒度及夹杂物4.5.1钢中常见的金相组织

1、铁素体：是碳溶于α-Fe中的间隙固溶体。工业上使用的纯铁会有微量的碳，常温下几乎是100%的铁素体组成。2、渗碳体：铁与碳形成的化合物。是铁的碳化物中最重要的一种。常用Fe3C化学式表示。它质强而脆，是提高钢硬度和强度的主要相组织之一。3、珠光体：铁素体和渗碳体的机械混合物。根据渗碳体的形态，又可分为片状珠光体和球状珠光体。4、奥氏体：碳溶于γ-Fe中的间隙固溶体，面心立方格，属铁的同素异形体。4.5.1钢中常见的金相组织5、马氏体：过冷奥氏体快冷的产物，是过饱和铁素体，由原来面心立方格变为体心立方格。（1）回火马氏体即马氏体在100℃~250℃范围时的分解产物。（2）回火索氏体即马氏体在500℃~650℃范围时的回火产物，为铁素体基体上均匀分布着的细粒状渗碳体。6、贝氏体：过冷奥氏体在中温区（即珠光体与马氏体转变之间的区域）的转变产物。它通常由铁素体和碳化物组成的非层片组织。时间温度A1MSMfA冷过APBMA→MA→BA→P转变开始线转变终了线4.5.1钢中常见的金相组织4.5.2典型钢号的金相组织典型压力容器用钢的供货状态和其金相组织4.5.3焊接接头的金相组织4.5.3焊接接头的金相组织典型的对接焊接接头主要由三个部分组成：1）焊缝：金属结晶很自然呈柱状晶成长，且成长方向垂直于焊接熔池壁2）熔合区：指焊缝与母材交接的过渡区，即熔合线处微观显示的母材半熔化区。区域很窄，金相观察难以区分，但对焊接强度和韧性却有很大影响，常是产生裂纹和脆性破坏的发源地。3）热影响区：在焊接和切割过程中，材料因受热的影响（但未熔化）而发生金相组织和机械性能变化的区域。

焊接形成了再组织和性能上不均匀的焊接热影响区。显然劣于母材的部位变成为焊接接头中最薄弱的环节。决定热影响区的分区及特征的因素大致可分为三个方面：1）母材的冶金特征：晶粒粗细、有无再结晶、是否易淬火钢2）母材焊前的状态：同一种金属材料，焊前状态不同，焊后热影响区的组织和性能是不同的；3）焊接方法及其工艺参数。实质上是焊接温度场和焊接热循环特征参数对热影响区的范围大小、以及范围内各部位的组织和性能的影响。4.5.3焊接接头的金相组织2、焊接热影响区的组成压力容器用碳素钢和低合金钢一般属于不易淬火钢，即在焊接条件下淬火倾向很小，其焊接影响大致可以分为：（1）过热区，又称粗晶区，降低了金属材料的韧性，是不易淬火焊接接头变脆的主要原因；（2）重结晶区，又称细晶区，或正火区，加热时铁素体和珠光体全部转变为奥氏体，类似于正火组织。由于该区组织细化，故其塑性和韧性较好，甚至优于母材。4.5.3焊接接头的金相组织（3）不完全重结晶区，又称不完全正火区或部分相变区。该区晶粒大小不均匀，其力学性能也不均匀。（4）再结晶区：再结晶时只有晶粒外形的变化，并没有内部晶体结构的变化。再结晶区的强度和硬度都低于冷作变形状态的母材。塑性变形的热轧钢板或是退火状态下的钢板，则在热影响区内就不会出现这种再结晶现象，因此有明显组织变化的热影响区只有三部分：过热区、重结晶区、不完全结晶区。4.5.3焊接接头的金相组织4.5.4晶粒度及夹杂物1、晶粒度表示晶粒大小的尺度叫晶粒度。室温下钢材的晶粒度越小，其强度和韧性越高。反之，粗晶粒往往会使钢的强度下降，尤其是韧性。（1）起始晶粒度：钢加热达到刚高于Ac3临界点时，这时珠光体向奥氏体转变刚结束时的奥氏体晶粒很小，通常称起始晶粒度。（2）实际晶粒度：在交货状态下钢材的实际晶粒大小，以及经过不同热处理（加热）后，钢材或零件体得到的实际晶粒大小。4.5.4晶粒度及夹杂物（3）本质晶粒度。通常将钢加热到93010℃,保温3-8小时，冷却后得到金相试样来判断。晶粒度为1-8级的是本质粗晶粒钢，9-16级的是本质细晶粒钢。一般常用的钢材晶粒度分为16（1~16）级。晶粒级数越小，晶粒越粗大，晶粒度级数越大，晶粒越细小。影响钢材实际晶粒度的因素很多：其加热和保温时间起着决定性作用，温度高，保温时间长，则晶粒大；另外合金元素、原始组织状态、热加工、热处理等对钢的实际晶粒度也有一定的影响。2、夹杂物（inclusion）钢在高温冶炼及浇铸过程中，不可避免地会出现一些非金属夹杂物，即非金属化合物。主要是一些氧化物、硫化物和硅酸盐等。他们存在钢中，虽含量极少，但对钢材的性能危害不可忽视，其危害程度与夹杂物的类型、大小、数量、形态分布等有关。钢中常见的内在夹杂物分脆性夹杂物（氧化物及脆性硅酸盐）和塑性夹杂物（硫化物及易变形的硅酸盐）等。4.5.4晶粒度及夹杂物4.6金属材料的腐蚀类型及其试验方法腐蚀是指金属材料与周围环境作用而发生的损坏和变质。按腐蚀环境分：化学介质腐蚀、大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀；按作用机理分为化学腐蚀、电化学腐蚀和物理腐蚀；按其破坏形式分为腐蚀和局部腐蚀。4.6.1均匀腐蚀均匀腐蚀（全面腐蚀）是指在整个合金材料表面上以比较均匀方式所发生的腐蚀现象，是机械设备在实际使用中发生腐蚀失效的基本形式相貌特征：发生全面腐蚀时，材料的厚度逐渐变薄，甚至腐蚀透彻。用于估算设备的寿命：浸泡试验；查阅文献；凭经验预测。选用耐腐蚀材料，其耐全面腐蚀性能是耐腐蚀性最基本的性能。均匀腐蚀试验常用的是重量法，即将试样置于试验介质中，经一定时间后测量其质量变化，求出其腐蚀速度。4.6.2点腐蚀钝化型金属之所以能抗腐蚀乃是由于其表面能形成一层具有保护性的钝化膜。这层钝化膜遭到破坏，而又缺乏自钝化的条件或能力，金属就会发生腐蚀，如果腐蚀仅仅集中在设备的某些特定点域，并在这些点域形成向深处发展的腐蚀小坑，而金属的大部分表面仍保持钝性的腐蚀现象，称为点腐蚀。点腐蚀的试验方法主要是电化学方法和化学浸泡法。4.6.3晶间腐蚀晶粒间界是结晶方向不同的晶粒间紊乱错合的界域，因而，它们是金属中各溶质元素偏析或金属化合物沉淀析出的有利区域。这种沿着材料晶粒间界先行发生腐蚀，使晶粒之间丧失结合力的局部破坏现象，称为晶间腐蚀。在某些腐蚀介质中，晶粒间界可能先行被腐蚀。4.6.4缝隙腐蚀在腐蚀介质中的金属构件，由于金属与金属或金属与非金属之间存在特别小的缝隙，造成缝内介质处于滞流状态而发生的一种局部腐蚀形态，称为缝隙腐蚀。几乎所有工业用金属和合金都会产生缝隙腐蚀，但具有自钝化特性的金属和合金对缝隙腐蚀的敏感性较高，且钝化能力越强的合金则敏感性越强。几乎所有的介质都会引起这种腐蚀，但其中又以充气的中性氯化物介质最易发生。因此，缝隙腐蚀不可完全避免，它是比孔蚀更为普遍的一种局部腐蚀，它的发生不仅导致部件强度降低，装配困难，而且使设备过早失效，所以应尽量避免。4.6.4缝隙腐蚀在通用机械设备中，法兰的连接处，与铆钉、螺栓、垫片（尤其是橡胶垫片）、阀座、松动的表面沉积物以及附着的海洋生物等相接触处，还有列管换热器胀管间隙处等，都容易发生缝隙腐蚀。即使没有氯离子存在，也可能产生缝隙腐蚀。其常用的试验方法有：三氯化铁化学浸泡和电化学方法两种。4.6.5应力腐蚀应力腐蚀的特征（三个阶段）：孕育阶段：逐步形成应力腐蚀裂纹时期裂纹稳定扩展阶段：应力和腐蚀介质作用下，裂纹缓慢扩展裂纹失稳阶段：最终发生的突然断裂应力腐蚀开裂的特征：拉伸应力；特定合金和介质的组合；一般为延迟脆性断裂应力腐蚀试验方法抓哟可分为以下四类：1、恒变形法2、恒载荷法3、慢应变速率法4、断裂力学法4.6.5应力腐蚀常见的应力腐蚀：碱溶液；湿硫化氢；液氨；氯化物溶液预防措施：合理选择材料；减少或消除残余拉应力；改善介质条件；涂层保护；合理设计机械设备零件在应力（拉应力）和腐蚀介质的联合作用下，将出现低于材料强度极限的脆性开裂现象，致使设备和零件失效，这种现象称为应力腐蚀开裂。4.6.6其他腐蚀1、氢脆：金属材料因吸收氢而导致塑性降低、性能恶化的现象称为氢脆。两种形式：1)氢气和钢表面的碳化合生成甲烷，引起钢表面脱碳，使力学性能恶化；2)氢气渗透到钢内部，与渗碳体反应生成甲烷。影响因素：温度、氢分解、时间、合金成分、应力等。2、高温氧化一般地讲，高温氧化是指高温下，金属材料与氧气反映生成金属氧化物的过程。广义地讲，反映气体可以是卤族元素、硫、碳、氮等，其反映生成的产物膜统称为氧化膜。5、压力容器设计5.1内压薄壁容器设计5.2内压厚壁容器设计5.3外压容器设计5.4局部分析设计5.1内压薄壁容器设计薄壁容器D0/Di≤1.2厚壁容器D0/Di≤1.24.薄膜理论的应用两个基本方程：区域平衡方程微元平衡方程5.1内压薄壁容器设计无力矩理论:薄膜应力是只有拉（压）应力，没有弯曲正应力的一种二向应力状态，因而薄膜应力又称为“无力矩理论”。力矩理论适用的范围：薄壁壳体；回转壳体曲面在几何上是轴对称的，器壁壁厚无突变，曲率半径连续变化，材料均匀连续且各向同性；载荷分布是轴对称和连续的，薄膜理论不适用于有应力集中处或存在边缘力和边缘弯矩的壳体边缘处；壳体边界应是自由的。5.1内压薄壁容器设计常见压力容器壳体的周向和轴向应力计算公式（1）球形壳体（2）圆筒形壳体（3）锥形壳体（4）椭球形壳体R1=∞R2=R／cosα

5.2内压厚壁容器设计内压升高，促使内壁材料开始屈服，形成塑性区与弹性区。厚壁圆筒在承受逐渐增加压力的过程中，经历了弹性阶段、筒体部分屈服阶段、整体屈服阶段、材料硬化、筒体过度变形，直至爆破失效阶段。5.2内压厚壁容器设计2、自增强技术

由拉美方程知，压力增加时，无限制增加壁厚只会使筒壁上应力更趋不均。使用之前对筒体加压处理，其压力超过内壁发生屈服的压力。5.3外压容器1、外压圆筒

Pi－P0<02、外压圆筒失效:压缩屈服失效;刚度不足，失稳破坏失稳：承受外压载荷的壳体，当外载荷增大到一定数值时，壳体会突然失去原来的形状，被压扁或出现波纹，载荷卸去后壳体不能恢复原状，这种现象称为外压壳体的屈曲或失稳。临界压力：壳体失稳时所承受的相应压力，称为临界压力，用Pcr表示。外压薄壁圆柱壳弹性失稳分析1、临界长度Lcr长圆筒、短圆筒、刚性圆筒2、临界压力Pcr受均布周向外压的长圆筒：受均布周向外压的短圆筒：3、影响临界压力的因素E，μ，容器结构尺寸，与承受压力P无关5.4局部分析设计除了薄膜内力外，还考虑弯曲内力（因中面的曲率、扭率改变而产生的横向力、弯矩和扭矩），对壳体进行应力分析，这种理论称为“有力矩理论”。不满足无力矩理论应用条件的局部区域回转薄壳的不连续分析由于总体结构不连续，组合壳在连接处附近的局部区域出现衰减很快的应力增大现象，称为“不连续效应”或“边缘效应”。由此引起的局部应力称为“不连续应力”或“边缘应力”。影响因素：结构、厚度、载荷、温度和材料

局部性：离边缘距离X>2.5(Rt)1/2时，各内力呈指数函数迅速衰减直至消失

自限性：塑性材料产生塑性变形缓解弹性约束回转薄壳的不连续分析设计时处理方法静载荷，塑性材料，作局部处理如圆弧过渡，不等厚处削薄连接等避免新的应力集中，消除焊接残余应力，支座处和开孔处应力集中承受低温或疲劳载荷，或是脆性材料壳体，必须加以核算局部应力分析-分析设计JB4732-1995钢制压力容器-分析设计标准主要步骤：确定设计条件：设计温度、设计压力、工作介质、水压试验压力、气密性实验压力等；所选材料特性：许用工作温度、许用应力等；载荷组合系数选择；局部应力分布计算；应力分类及应力强度极限值计算；各类应力强度的许用极限；压力容器局部受力评定。局部应力分析-有限元分析主要区别就是采用商业软件，基于有限元法进行局部分析设计计算。主要步骤包括：分析设计条件：设计温度、设计压力、工作介质、水压试验、气压实验等；在基本不影响计算效果的情况下，简化模型；划分网格，尽力采用六面体结构化网格，尽量减少网格数量；施加约束，载荷施加；有限元计算；计算结果分析及受力评定。局部应力分析-有限元分析（实例）实例：6压力容器制造6.1钢材的预处理6.2划线6.3筒节的弯曲成型6.4封头的成型6.5管道的弯曲6.6铆焊6.7焊缝无损检测6.8水压及气压实验6.9刷漆6.1钢材的预处理钢材的预处理是指对钢板、管子和型钢等材料的净化处理、矫形和涂保护底漆。净化处理对象：划线、切割、焊接加工之前的钢板、管子和型钢，

在和钢材经过切割、坡口加工、成形、焊接之后清除其表面的锈、氧化皮、油污和熔渣等。试验证明，除锈质量好坏直接影响着钢材的腐蚀速度。对焊接接头处尤其是坡口处进行净化处理，清除锈、氧化物、油污等，可以保证焊接质量。可以提高下道工序的配合质量。净化处理方法：喷砂法、抛丸法、化学净化法

喷砂法：主要用于型材（如钢板）和设备大表面的净化处理，效率较高但粉尘大，对人体有害，应在封闭的喷砂室内进行。净化处理抛丸法：主要特点是改善了劳动条件，易实现自动化，被处理材料表面质量控制方便。净化处理化学净化法：金属表面的化学净化主要是对材料表面进行除锈、除污物和氧化、磷化及钝化处理，

后者即在除污物的基础上根据不同材料，将清洁的金属表面经化学作用（氧化、磷化、钝化处理）形成保护膜，以提高防腐能力和增加金属与漆膜的附着力。矫形由于钢材在运输、吊装或存放过程中的不当所产生的较大变形，有些制造精度要求较高的设备（如热套式、层板色扎式高压容器要求钢板的变形很小），对保存较好的供货钢材也需要矫形，因为供货时的平面度要求有时不能满足实际制造的要求。矫正方法有机械矫正和火焰矫正。机械矫正主要用冷矫，当变形较大、设备能力不足时，可用热矫。6.1.2矫形划线是在原材料或经初加工的坯料上划出下料线、加工线、各种位置线和检查线等，并打上（或写上）必要的标志、符号。划线前应先确定坯料尺寸。坯料尺寸由零件展开尺寸和各种加工余量组成。6.2

划线确定零件展开尺寸的方法如下：作图法：用几何制图法将零件展开成平面图形。计算法：按展开原理或压（拉）延变形前后面积不变原则推导出计算公式。试验法：通过试验公式决定形状较复杂零件的坯料，简单、方便。综合法：对计算过于复杂的零件，可对不同部位分别采用作图法、计算法，有时尚需用试验法配合验证。6.2

划线6.2划线①加工余量与尺寸线之间的关系

实际用料线尺寸=展开尺寸-卷制伸长量+焊缝收缩量-焊缝坡口间隙+边缘加工余量切割下料线尺寸=实际用料线尺寸+切割余量+划线公差②划线公差

目前划线尚无统一标准，各制造单位根据具体情况制定内部要求，来保证产品符合国家制造标准。6.2划线工程上把零件展开图画在板料上的过程称为号料（放样）。

号料过程中主要注意两个方面的问题：

全面考虑各道工序的加工余量；考虑划线的技术要求。加工余量

号料时还要考虑零件在全部加工工艺过程中各道工序的加工余量，如成形变形量、机加工余量、切割余量、焊接工艺余量等。6.2

划线合理排料a.充分利用原材料、边角余料，使材料利用率达到90%以上；b.零件排料要考虑到切割方便、可行；c.筒节下料时注意保证筒节的卷制方向应与钢板的轧制方向一致；d.认真设计焊缝位置。6.2

划线（标记和标记移植）在钢板划线时对制造受压元件的材料应有确认的标记（如打上冲眼、涂上标号）如原有确认标记被截掉或材料分成几块，应于切割前完成标记移植工作，以保证材料及加工尺寸的准确、清晰，而有利于后续工序顺利进行，且有利于材料的管理、待查和核准。6.3筒节的弯曲成型筒节的弯卷成形是用钢板在卷板机上弯卷而成形的。根据钢板的材质、厚度、弯曲半径、卷板机的能力，实际产生筒节的弯卷可分为冷卷和热卷。一、冷卷成形的特点1、冷卷成形通常指在室温下的弯卷成形，不需要加热设备，不产生氧化皮，操作工艺简单且方便操作，费用低。2、钢板弯卷的变形率与最小冷卷半径。外侧伸长，内侧缩短，中性层可以认为是长度不变的。6.3筒节的弯曲成型最小冷弯半径Rmin

筒节的半径要大于或等于最小冷弯半径Rmin，否则可以考虑进行热处理。在冷卷成形过程中随着变形率的增大，在金属内部晶格发生严重歪扭和畸变，金属的强度、硬度上升，而塑性、韧性下降，成为冷加工硬化。6.3筒节的弯曲成型二、热卷成形的特点1、热卷可防止冷加工硬化的产生、塑性和韧性大为提高2、应控制合适的加热温度。3、应控制适当的加热速度，在保证钢材表里温差不太大，膨胀均匀的前提下，加热速度越快越好。4、热卷需要加热设备，费用较大，在高温下加工，操作麻烦，钢板减薄严重。5、对于厚板或小直径筒节通常采用热卷。6.3筒节的弯曲成型6.4封头的成型常用的封头名称、断面形状、类型代号及形状参数封头的公称直径6.4封头的成型一、封头的冲压成形1、冷、热冲压条件（1）材料性能。（2）依据毛坯的厚度δ与毛坯料直径D0之比来选择冷、热冲压（参见表7-6）。6.4封头的成型2、毛坯热冲压的加热过程几种常用封头材料的加热范围6.4封头的成型冲压过程

图7-12所示为水压机冲压封头的过程。6.4封头的成型冲压加工后的风头厚度变化6.4封头的成型c.复合钢板封头的冲压特点（1）复合钢板在加热时，基层和复层金属不同则膨胀系数不同，冲压时必须采用压边圈，防止复板起皱。（2）热冲压复合板钢板封头对复层材料有影响。6.4封头的成型二、封头的旋压成形1、旋压成形的特点：（1）适合制造尺寸大、壁厚的大型封头；（2）旋压机比水压机轻巧，相同尺寸封头，比水压机约轻2.5倍；（3）旋压模具比冲压模具简单、尺寸小、成本低；（4）工艺装备更换时间短，占冲压加工的1/5左右，适于单件小批生产；（5）封头成形质量好，不易产生减薄和折皱；（6）压鼓机配有自动操作系统，自动化程度高，操作条件好。6.4封头的成型不足：（1）冷旋压成形后对于某些钢材还需要进行消除冷加工硬化的热处理。（2）对于厚壁小直径（小于或等于1400mm）封头采用旋压成形时，需在旋压机上增加附件，比较麻烦，不如冲压成形简单。（3）旋压过程较慢，生产率低于成形。6.4封头的成型（2）旋压成形的方法有模旋压法、无模旋压法和冲旋联合法6.4封头的成型

三、封头的爆炸成形

6.4封头的成型四、封头的制造质量要求（1）封头应尽量用整块钢板制成，必须拼接时，焊缝数量及位置参见封头的划线技术要求。（2）封头冲压前应清除钢板毛刺，冲压后去除内外表面氧化皮，表面不允许有裂纹等缺陷。6.4封头的成型6.5管道的弯曲管子弯曲的应力分布和变形计算弯管方法管件制造的技术要求弯管弯管一.管子弯曲的应力分析和变形计算（1）应力分析及易产生的缺陷管壁减薄；管壁变厚；变形将近似为椭圆主要影响因素：相对弯曲半径R/dw；相对弯曲壁厚t/dw.6.5管道的弯曲6.5管道的弯曲（2）变形率要求及变形量计算

a.钢管冷弯曲变形率要求：钢管冷弯后，应进行热处理的条件。碳钢、低合金钢的钢管弯管后的外层纤维变形率不大于钢管标准规定伸长率的一半，或外层材料的剩余变形率不小于10%；对有冲击韧性要求的钢管，最大变形率不大于5%；实际生产中控制管子弯曲变形率的主要方式控制管子弯曲的半径，弯曲半径越小，变形率越大，就越容易产生弯曲缺陷；生产中弯管的方法有冷弯和热弯、有芯弯管和无芯弯管、手工弯管和机动弯管，按外力作用方式又有压(顶)弯、滚压弯、拉弯和冲弯等。其主要目的是保证弯管的形状、尺寸的同时，要尽量减少和防止弯管时产生的不同缺陷。6.5管道的弯曲6.5管道的弯曲冷弯或热弯方法的选择管子的尺寸规格和弯曲半径管子材质低碳钢、低合金钢可以冷弯或热弯；合金钢、高合金钢应选择热弯。弯管形状较复杂，无法冷弯，可采用热弯。不具备冷弯设备，采用热弯。7.3.2弯管方法冷弯方法a.手动弯管法6.5管道的弯曲（3）冷弯管的回弹计算回弹量：管子冷弯后部分弹性变形的恢复在设计扇形轮半径时，应比需要的弯曲半径小些；在设计弯管的弯曲角时，应比需要的弯曲角大些。现以换热管和U形管的设计、制造为例，简介管件制造要求1、换热管的拼接（1）同一根换热管，其对接焊缝不得超过一条（直管）或两条（U形管）。（2）最短管长不得小于300mm。（3）包括至少50mm直管段的U形管段范围内不得有拼接焊缝。（4）对口错边量应不超过管子壁厚的15%，且不大于0.5mm；直线度偏差以不影响顺利穿管为限。（5）对接后，应按表7-23选取钢球直径对焊接接头进行通球检查，以钢球通过为合格。（6）对接焊接头应作焊接工艺评定。（7）对接焊接接头应进行射线检测。（8）对接后的换热管，应诸根做液压试验，试验压力为设计压力的两倍。6.5管道的弯曲2、U形管的弯制（1）U形管弯管段的圆度偏差，应不大于管子名义外径的10%。（2）U形管不宜热弯，否则应征得用户同意。（3）当有耐应力腐蚀要求时，弯管U形管的弯管段及至少包括150mm直管段应进行热处理：碳钢、低合金钢管作消除应力热处理；奥氏体不锈钢管可按供需双方商定的方法进行热处理。另外，对于其他设备，如锅炉的管件制造还有管子端面倾斜度、对后的弯折度、管子弯曲角度偏差、弯曲管子的平面度等要求。6.5管道的弯曲6.6焊接焊接定义：两种或以上材料通过加压或加温或加压加温，可以加填充材料或不用，实现分子或原子的融合的永久连接。在化工容器与设备的制造中，焊接结构所占比例可达90%以上，在整个工业中占45%。6.6.1焊接的特点焊接技术的优点：1结构可靠，接头连接系数高；2与铆接和铸件相比，结构简单3连接厚度大，焊接最大可达300mm;4密封性好，焊接结构对各种流体介质都有良好的密封性5可焊接不同的材料，发挥各种材料耐腐蚀性和高强度等优点6设计灵活简单，焊接结构可通过对接，角接，搭接等多种方法设计成任何结构7制造工艺简单，生产周期短，成本低6.6.1焊接的特点

焊接的缺点1焊接变形和焊接残余应力，多数焊接方法采用局部加热，从而产生一个不均匀的温度场，在一定的条件下会影响结构的承载能力，加工精度和尺寸的稳定性。2焊接接头的性能不均匀性，由于填充金属和基体金属的成分组织不同，这种不均匀性对结构的力学行为，尤其对断裂行为的影响。3止裂性差，裂纹一旦扩展就不容易制止。4焊接缺陷——气孔、裂纹、夹渣。

6.6.2焊接种类1熔化焊：指焊接过程中，将焊接接头在高温等的作用下至熔化状态。由于被焊工件是紧密贴在一起的，在温度场、重力等的作用下，不加压力，两个工件熔化的融液会发生混合现象。待温度降低后，熔化部分凝结，两个工件就被牢固的焊在一起，完成焊接的方法。2固相焊：两个金属（非金属也可以），通过表面接触，不需要熔化过程（出现液相），直接达到结合。3钎焊：指用比母材熔点低的金属材料作为钎料，用液态钎料润湿母材和填充工件接口间隙并使其与母材相互扩散的焊接方法。焊缝分类根据GB150-1998《钢制压力容器》，压力容器受压部分焊缝分为A、B、C、D四类基本形式和特点对接接头、T形（十字形）接头、角接头、搭接接头常用接头形式对接接头搭接接头接头形式角接接头T形接头焊缝的空间位置平焊横焊空间位置立焊仰焊全位置焊6.6.3焊接接头的应力集中1应力集中的概念由于焊接的形状和焊缝布置的特点，焊接接头工作应力的分布是不均匀的，其最大应力比平均应力值高，这种情况称应力集中。表达式：焊接接头中存在应力集中的影响因素

焊接工艺缺陷、冶金缺陷、夹渣、气孔、咬边、未焊透均会引起应力集中、其中咬边、未焊透较为严重;不合理的焊缝外形。不同焊缝形状会引起不同程度的应力集中;接头型式：不同接头型式引起应力集中不同;制造过程中的缺陷;焊接残余应力。电弧焊焊接接头的应力分布1对接接头的应力分布①对接接头的焊缝形状产生了结构不连续性，因而引起不同的应力分布，在焊缝与母材的过渡处引起应力集中，最大应力集中部位在焊趾。T字接头（十字接头）的应力分布

十字接头有熔透和未熔透两种①未熔透的十字接头，在焊趾和焊根处有较大的应力集中系数，其中以焊根处为最大。②熔透的十字接头有较小的应力集中系数。常用角接接头6.6.4焊缝组织和性能线能量：单位焊缝长度上所接受的能量6.6.4焊缝组织和性能反应焊接热循环曲线的特征参数1加热速度2加热的最高温度tmax3高温停留时间TH4冷却速度vc或冷却时间T6.6.4焊缝组织和性能焊接接头的组织与性能焊缝区金属一次结晶二次结晶热影响区金属半熔化区正火区再结晶区蓝脆区6.6.5坡口焊接坡口的选择和设计1主要目的是保证焊接接头全焊透2设计或选择坡口首先要考虑被焊接材料的壁厚3主要坡口的加工方法4不同形式的坡口，焊接变形是不同的5注意施焊时的可焊到性6焊接材料的消耗量尽量少7复合钢板的坡口过渡层焊缝金属的稀释率6.6.6常用焊接方法及其焊接工艺常用的焊接方法主要有手工电弧焊、埋弧自动焊、气体保护电弧焊、电渣焊、堆焊和窄间隙焊。焊接工艺评定：为验证所拟定的焊件焊接工艺的正确性而进行的试验过程及结果评价。焊接工艺指导书：未验证试验所拟定的、经评定合格的、用于指导生产的焊接工艺文件。手工电弧焊设备：弧焊变压器（交流电焊机）、弧焊发电机（直流带电焊机）和弧焊整流器；焊钳；焊接电缆；面罩手工电弧焊选择弧焊设备：焊条涂层、类型和被焊接头、装备的重要性，其次才是价格问题。低氢钠型焊条、重要的焊接接头、压力容器等装备的焊接，选用成本比较高的直流焊机或者整流焊机。对于酸性焊条和一般的焊接结构，通常选用交流焊机。手工电弧焊为保证焊接质量选定的参数，称为焊接工艺参数。主要包括焊接电流、焊接电弧电压、焊接速度、焊接线能量、焊条直径、多层焊的层数、焊接冷却时间、焊接预热温度等。A焊条直径。根据被焊工件的厚度来选择。见表5-14，平焊对接时焊条直径的选择。还要考虑焊接接头形式、焊接位置、焊接层数的影响。手工电弧焊B焊接电流、焊接电弧电压、焊接速度焊接电流。焊接电流与焊条直径的关系，见表5-15。焊接电流的选择，首先要保证焊接质量，其次再适当采用较大的焊接电流，提高生产效率。焊接电弧电压。焊接电弧电压的大小（一般约为20~30V）主要由电弧长度确定。电弧长则电压高，电弧短则电压低。焊接速度。焊接速度影响生产效率，尽量采用较大的焊接速度。手工电弧焊C焊接层数。每层焊接厚度不超过5mm，手工电弧焊一次最大熔深深度约为6-8mm。焊接线能量手工电弧焊E焊接冷却时间焊接接头性能的影响因素：加热速度、加热最高温度、高温停留时间和冷却速度一般低合金钢大部分相变过程是在800—500℃范围内τ8/5：用以代替800—500℃的冷却时间埋弧自动焊埋弧自动焊优点：生产效率高焊接质量好节省金属和电能

有风时的保护效果好劳动条件好缺点：主要适用于水平位置焊接难以焊接铝钛等金属适于长焊缝焊接不适合薄板焊接容易焊偏埋弧自动焊2、埋弧电焊机：分为自动焊和半自动焊区别在于：焊接速度是操作者控制还是自动完成焊机变位设备焊缝成形设备焊剂回收输送设备辅助设备焊接夹具埋弧自动焊三、焊接规范主要包括焊接电流、电弧电压、焊接速度焊接电流：B-熔宽H-熔深a-余高埋弧自动焊电弧电压：与电弧长度成正比B-熔宽H-熔深a-余高钨极氩弧焊熔化极氩弧焊CO2气体保护焊6.6.7焊接材料的选择JB/T4709-92《钢制压力容器焊接规程》选择因素：化学成分、力学性能、焊接性能、容器结构特点、使用条件。要求：焊缝金属的性能应高于或等于相应母材标准规定值的下限或者满足图样规定的技术要求。6.6.7焊接材料的选择相同钢号相焊的焊缝金属1、碳素钢、碳锰低合金钢的焊缝金属应保证力学性能，且需控制抗拉强度上限。2、铬钼低合金钢的焊缝金属应保证化学成分和力学件能，且需控制抗拉强度上限。3、低温用低合金钢的焊缝金属应保证力学性能，特别应保让夏比(V形)低温冲击韧性。4、高合金钢的焊缝金属应保证力学性能和耐腐蚀性能。5、不锈钢复合钢板基层的焊缝金属应保证力学什能，且需控制抗拉强度的上限；复层的焊缝金属应保证耐腐蚀性能，当有力学性能要求时还应保证力学性能。6.6.7焊接材料的选择不同钢号相焊的焊缝金属1、不同钢号的碳素钢、低合金钢之间的焊缝金属应保证力学性能。推荐采用与强度级别较低的母材相匹配的焊接材料。2、碳素钢、低合金钢与奥氏体高合金钢之间的焊缝金属应保证抗裂性能和力学性能。推荐采用铅镍含星较奥氏体高合金钢母材高的焊接材料。3、焊接材料必须有产品质量证明书，并符合相应标准的规定，且满足图样的技术要求，进厂时按有关质量保证体系规定验收或复验，合格后方准使用。6.6.8金属材料的焊接性定义某种材料在一定焊接条件下，能否获得优质焊接接头的难易程度和该焊接接头能否在使用条件下可靠运行工艺焊接性和使用焊接性6.6.8金属材料的焊接性工艺焊接性：在一定焊接条件下，能否获得组织、性能均匀一致，无缺陷的焊接接头的能力。影响工艺焊接性的因素★材料因素★设计因素★工艺因素★使用因素6.6.8金属材料的焊接性使用焊接性：指焊接接头或整体结构满足技术条件所规定的各种使用性能的程度。★力学性能★低温韧性★抗脆性断裂性能★高温蠕变★疲劳性能★持久强度★抗腐蚀性能★……6.6.8金属材料的焊接性焊缝的研究方法实际焊接法模拟焊接法理论估算法目的评定金属材料的焊接性研制开发新型的焊接材料拟定产品的焊接工艺6.6.8金属材料的焊接性碳当量：把钢材化学成分中的碳和其他合金元素的含量多少对焊后淬硬、冷裂及脆化的影响折合成碳的相当含量。目的：评价低合金钢冷裂纹敏感性国际焊接协会推荐Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15美国焊接学会（AWS）推荐Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/15+Cr/5+Mo/4+(Cu/13+P/2)

日本工业标准JIS和西欧标准WES推荐Ceq=C＋Mn/6＋Si/24＋Ni/40＋Cr/5＋Mo/4＋V/14Ceq越小，焊接性越好6.6.8金属材料的焊接性6.6.9钢的焊接一、碳钢分类：按含碳量分类：低碳钢C≤0.25%；

中碳钢0.25%<C≤0.60；高碳钢C>0.60%按冶炼方法分类：平炉炼钢、转炉钢按脱氧程度分类：沸腾钢；半镇静钢；镇静钢。按用途分类：结构钢、工具钢、耐热钢按钢中的有害元素分：6.6.9钢的焊接1、低碳钢焊接特性：低碳钢焊接性优良，含碳量低，锰、硅含量低，焊接接头塑性和冲击韧性好。低碳钢焊接时应注意以下几点：被焊接材料和焊接材料是否合格焊接线能量不能太大；一般不需预热，但是刚性大的焊接结构需要考虑预热。6.6.9

钢的焊接中碳钢的焊接注意事项大多数情况下需要预热和控制层间温度，以减低冷却速度，防止产生马氏体组织；焊后最好立即进行消除残余应力处理，特别是厚大件；如不热处理，也应该采用后热处理，使氢扩散；焊接沸腾钢时，注意向焊缝过渡锰、硅、铝等脱氧元素。应选用低氢焊接材料6.6.9钢的焊接高碳钢焊接含碳量大于0.6%，高碳结构钢、高碳工具钢、高弹碳素钢容易产生硬脆的高碳马氏体注意事项：焊前应先退火焊接材料通常不用高碳钢采用结构钢焊接时必须预热，250~350℃焊后工件应立即送入650℃的炉中保温，进行消除残余应力热处理6.6.9

钢的焊接一、高强钢的焊接1、屈服强度在400MPa以下的低合金钢在碳素钢基础上加上一定量合金元素的合金钢，合金元素的含量不超过5%，广泛应用于压力容器、桥梁、船舶、飞机等特性：强度高、塑性好、韧性好16Mn:热轧或正火，综合性能、焊接性及加工工艺性能均优于普通碳素钢6.6.9

钢的焊接6.6.9钢的焊接2屈服强度为500MPa的低合金钢，典型的为18MnMoNb钢用途：中温、中高压、厚壁压力容器较好的综合力学性能供货状态：正火+回火状态，板厚特别大的采用调质状态下供货注意事项：应采取预热措施，150~180℃可以手工电弧焊、埋弧焊、电渣焊、气体保护焊焊接线能量适当大些焊后进行热处理6.6.9钢的焊接二、低温用钢的焊接要求：在使用温度下具有足够的韧性及抵抗脆性破坏的能力。一般通过合金元素的固溶强化细化晶粒，并通过正火、回火处理细化晶粒、均化组织，从而获得良好的低温性能。低温用钢的焊接较低的淬硬和冷裂倾向，焊接性能好6.6.9

钢的焊接一、奥氏体钢

显微组织：奥氏体成分：高铬不锈钢+适量的Ni典型钢种：18-8钢0Cr18Ni91Cr18Ni9Ti25-20钢2Cr25Ni20Si24Cr25Ni2025-35钢0Cr21Ni324Cr25Ni35焊接接头的晶间腐蚀区焊缝区腐蚀冶金措施：焊缝金属超低碳或含有足够的稳定化元素铌调整焊缝化学成分获得一定数量的铁素体工艺措施：选用适当的焊接方法工艺参数方面操作方面：尽量采用窄焊缝，多道多层焊焊接区快速冷却，焊缝背面可用纯铜垫固溶处理：T＝1050-1150℃稳定化退火处理：T＝850-900℃＋2h焊接工艺要点焊接方法的选择焊接材料的选择操作工艺采用小电流焊接尽量避免重复加热电弧要短避免在焊件或焊缝上引弧控制焊接工艺稳定以保证焊缝成分稳定

6.6.10异种金属的焊接6.6.10

异种金属的焊接6.7焊缝的无损检测无损检测以不损害被检验对象的使用性能为前提，应用多种物理原理和化学现象对各种工程材料、零部件、结构件进行有效地检验和测试，借以评价它们的连续性、完整性、安全可靠性及某些物理性能。包括探测材料或构件中是否有缺陷，并对缺陷的形状、大小、方位、取向、分朽和内合物等倩况进行判断；还能提供组织分布、应力状态以及某些机械和物理量等信息。质量管理：无损检测的主要目的之一就是对非连续加工或连续加工的原材料、零部件提供实时的的质量控制。在役检测：及时发现影响装置或构件继续安全运行的隐患，并根据发现的早期隐患及其发展程度，在确定其方位、尺寸、形状、取向和性质的基础上，还要对装置或构件能否继续使用机器安全运行寿命进行评估。质量鉴定：对于制成品在进行组装或投入使用之前，应进行最终检验，此即为质量鉴定。无损检测的目的无损检测的选用各种无损检测方法有70多种，最常用的有射线检测、超声检测、磁粉检测、渗透检测和涡流检测等五种。其他还有声发射检测、红外线检测和声振检测等选择不用的检测方法，主要基于经济和技术两方面的考虑。６.7.1射线探伤射线产生射线性质射线探伤的原理和准备焊缝射线透照缺陷等级评定缺陷评定步骤射线的产生X射线主要有X射线管产生，在真空玻璃外壳内的阴极（灯丝）和阳极（靶面）之间加上几十至几百千伏电压，被加热的灯丝放出电子在高电压电场作用下，以极高的速度撞击到靶面，产生大量热量和少量X射线能量。γ射线是由放射性同位素的核反应、核衰变或裂变放射出的。常用的60Co、192Ir(铱)等。γ射线的产生X射线、Υ射线同是电磁波，后者波长短、能量高、穿透能力大。两者性质相似。X射线的主要性质如下：不可见，直线传播不带电，不受电场、磁场影响能穿透可见光不能透过的物质，如金属材料与光波相同，有反射、折射和干涉现象能被传播物质衰减能使气体电离能使照相胶片感光，使某些物质产生荧光作用能产生生物效应，伤害、杀死生命细胞射线的性质射线检测的原理和准备X射线检测原理：当射线通过被检物体时，有缺陷部位（如气孔、非金属夹杂等）与无缺陷部位对射线吸收能力不同一般情况是透过有缺陷部位的射线强度高于无缺陷部位的射线强度因而可以通过检测透过被检物体后的射线强度的差异，来判断被检物体中是否有缺陷存在。射线检测的原理和准备d:有效焦点尺寸L1:射线源到工件上表面的距离L2:胶片至工件上表面的距离δ:被检工件在透照方向上的厚度(在此条件下，为工件厚度)F：焦点至胶片距离，焦距，F=L1+L2J0:射线原有强度Jδ:透过工件射线强度Jx:透过缺陷的强度X射线检测原理：底片的保存在低温、低潮湿环境，避免与有害腐蚀介质接触避免人为缺陷产生射线透照质量等级根据JB4730《承压设备无损检测》分为三类：A级（普通级）：不重要位置AB级（较高级）：较重要位置，锅炉一般采用AB级B级（高级）：重要位置射线检测的原理和准备射线检测的几何条件射线检测的原理和准备ug：几何不清晰度d：有效焦点尺寸L1：射线源到工件上表面的距离L2：胶片至工件上表面的距离δ：被检工件在透照方向上的厚度(在此条件下，为工件厚度)