全国气瓶设计制造

第5章气瓶设计制造

2015年10月

目前一页\总数一百零八页\编于二十二点主要内容一、设计制造概述二、气瓶设计制造要点三、监督检验目前二页\总数一百零八页\编于二十二点

5.1气瓶设计制造概述5.1.1设计

气瓶产品应当按照《气瓶设计文件鉴定规则》(TSGR1003)、《气瓶型式试验规则》(TSGR7002)的规定，进行气瓶产品设计文件鉴定和型式试验，合格后其设计文件方可用于制造。气瓶上所配置的气瓶附件，安全技术规范及相应标准有规定的，应当先进行气瓶附件的型式试验，再进行气瓶型式试验。5.1.1.1瓶体厚度

确定气瓶瓶体壁厚所采用的设计方法，应当符合相应标准的规定。纤维缠绕气瓶的瓶体设计应当采用应力分析设计方法。5.1.1.2气瓶水压试验压力和气压试验压力

气瓶水压试验压力一般为公称工作压力的1.5倍，当相应标准对试验压力有特殊规定时，按其规定执行,如呼吸器用缠绕气瓶，相应标准规定的水压试验压力为公称工作压力的5/3倍。对不能进行水压试验的气瓶如工业用非重复充装气瓶，标准规定进行气压试验，其试验压力与水压试验压力不同，因此需按相应标准的规定确定试验压力。

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5.1.1.3气瓶气密性试验压力

气瓶气密性试验压力一般为公称工作压力，当相应标准对气密性试验压力有特殊规定时，按其规定执行。5.1.1.4气瓶实际爆破安全系数

气瓶实际爆破安全系数为实际水压爆破试验压力与公称工作压力的比值。5.1.1.5瓶体金属材料的屈服强度和抗拉强度设计气瓶时，瓶体金属材料的屈服强度和抗拉强度应当选用材料标准规定的下限值或者热处理保证值。5.1.1.6公称工作压力1．一般规定设计气瓶时，公称工作压力的选取一般要优先考虑整数系列。目前四页\总数一百零八页\编于二十二点2．特殊规定(1)盛装高压液化气体的气瓶，在规定充装系数下，其公称工作压力不得小于所充装气体在60℃时的最高温升压力，且不得小于10MPa；盛装低压液化气体的气瓶，其公称工作压力不得小于所充装气体在60℃时的饱和蒸气压且不得小于1MPa；盛装毒性为剧毒的低压液化气体的气瓶，其公称工作压力的选取一般要按照《规程》附件C的规定选取；(2)低压液化气体60℃时的饱和蒸气压值按《规程》附件C或者相应气体标准的规定，附件C或者相应气体标准没有规定时，可按照气体制造单位或者供应单位所提供的并且经正式确认的相关数据；(3)盛装低温液化气体的气瓶，其公称工作压力按工艺要求确定，但应当大于或者等于0.2MPa，且小于或者等于3.5MPa；(4)对低压液化气体的混合气体，应当根据相应气体标准确定混合气体在60℃的饱和蒸气压；对用于消防灭火系统的压缩气体与低压液化气体组成的混合气体，其公称工作压力应当不小于相应标准规定的灭火系统在相应温度下的最大工作压力；(5)盛装氟和二氟化氧的气瓶，公称工作压力应当不小于15MPa。对用于消防灭火系统的压缩气体与低压液化气体组成的混合气体气瓶，《规程》根据公安消防系统的标准要求，规定其公称工作压力应当不小于相应标准规定的灭火系统在相应温度下的最大工作压力。目前五页\总数一百零八页\编于二十二点

5.1.1.7缠绕气瓶内胆与缠绕材料1.盛装可燃气体的高压缠绕气瓶内胆应当选用钢或者铝合金等金属材料；缠绕材料应当选用玻璃纤维、芳纶纤维或者碳纤维；2.缠绕气瓶承载层应当采用单一纤维环向缠绕或者全缠绕，不得采用两种以上(包括两种)类型的纤维混缠。缠绕气瓶设计计算及制造工艺的复杂性，规定承载层应采用单一纤维环向缠绕或者全缠绕，明确不允许采用多种纤维混缠；5.1.1.8设计使用年限制造单位应当明确气瓶的设计使用年限并将其注明在气瓶的设计文件和气瓶标记上。如果制造单位确定的设计使用年限超出规定，应当通过相应的型式试验、腐蚀试验进行验证，或者增加设计腐蚀裕量并且进行验证。5.1.1.9瓶体结构

基本要求(1)高压气瓶瓶体及缠绕气瓶的金属内胆应当采用无缝结构，低压气瓶瓶体采用焊接结构或者无缝结构；(2)无缝气瓶瓶体与不可拆附件的连接不得采用焊接方式，焊接气瓶瓶体与不可拆附件的连接应当采用焊接方式。目前六页\总数一百零八页\编于二十二点

5.1.2制造

5.1.2.1制造条件

气瓶制造单位应当取得相应的特种设备制造许可。中、小容积气瓶的制造单位应当具备气瓶生产流水线，大容积气瓶的制造单位应当具备独立的气瓶制造场地和设施。5.1.2.2气瓶的分批与批量1．分批气瓶的分批应当符合以下规定：(1)无缝气瓶，按照同一设计、同一炉罐号材料，同一制造工艺以及同一热处理规范同炉或者连续进行热处理为条件分批；(2)焊接气瓶，按照同一设计、同一材料牌号、同一焊接工艺以及按同一热处理规范进行热处理为条件分批；(3)缠绕气瓶，金属内胆按照本条第(1)项规定分批；成品瓶按照同一规格、同一设计、同一制造工艺，同一复合材料型号、连续制造为条件分批；(4)焊接绝热气瓶(含车用焊接绝热气瓶)，按照同一设计、同一材料牌号、同一焊接工艺、同一绝热工艺为条件分批；(5)溶解乙炔气瓶的瓶体，按本条第(1)或者(2)项规定分批；溶解乙炔气瓶按同一设计、同一规格、同一填料配方、同一制造工艺，连续制造为条件分批。2．批量(1)小容积气瓶的批量，一般不得大于200只加上用于破坏性试验的数量；(2)中容积气瓶的批量，一般不得大于500只加上用于破坏性试验的数量；(3)大容积气瓶的批量，一般不得大于50只加上用于破坏性试验的数量。目前七页\总数一百零八页\编于二十二点5.1.2.3管制瓶收底与收口采用管制收底的钢质无缝气瓶应当进行工艺评定，在收底成型过程中不得添加金属。对相应标准规定可以不进行气瓶整体气密性试验的管制瓶，应当在收口前以可靠的方式进行底部气密性试验。5.1.2.4焊接(1)焊接瓶体的纵、环焊缝以及瓶阀阀座与瓶体等承压焊缝，应当采用自动焊(2)气瓶的焊接工作，应当在相对湿度不大于90％，温度不低于0℃的室内进行；(3)制造单位应当进行焊接工艺评定，并制定出焊接工艺规程和焊缝返修工艺要求，且应当符合相应标准的规定；(4)从事气瓶施焊工作的焊工，应当按照《特种设备焊接操作人员考核细则》(TSGZ6002)考试合格，取得相应项目的焊接资格。5.1.2.5热处理(1)气瓶的热处理应当采用整体热处理，热处理装置应当保证有效加热区温度分布的均匀性；(2)制造单位应当进行热处理工艺评定，并制定出热处理工艺规程和重复热处理工艺要求，并且应当符合相应标准的规定；(3)对需通过热处理保证瓶体材料力学性能的气瓶，其热处理工艺应当保证同一产品不同部位性能的一致性；(4)需经消除应力热处理的焊接气瓶，如果再施焊，应当重新进行热处理。热处理装置应保证有效加热区温度分布的均匀性，其热处理工艺应当保证瓶体不同部位性能的一致性。目前八页\总数一百零八页\编于二十二点5.1.2.6缠绕气瓶1．纤维缠绕气瓶的固化(1)纤维缠绕气瓶应当进行固化制度或者固化工艺的评定，并按照相应标准的规定制定固化工艺规程。(2)不得擅自更改经型式试验确定的树脂体系及固化制度。(3)对铝合金内胆气瓶，其固化温度和时间不得影响内胆的性能。5.1.2.7溶解乙炔气瓶的填料和溶剂1．填料(1)应当是整体式结构，且在任何情况下，不得与乙炔、溶剂、钢瓶或者附件发生化学反应或者产生损害；(2)孔隙率、抗压强度、表面孔洞、多孔填料与瓶壁的间隙等技术要求，应当符合相应标准的规定。2．溶剂(1)在任何情况下，不得与填料、乙炔、钢瓶或者附件发生化学反应，也不得影响乙炔的产品质量；(2)溶剂的品质，必须保证溶解乙炔气瓶在充装了规定量的溶剂和乙炔的条件下，符合相应标准的规定并通过型式试验验证。目前九页\总数一百零八页\编于二十二点

5.1.2.8无损检测(1)焊接气瓶瓶体焊缝的无损检测应当采用X射线拍片或者X射线数字成像检测方法，检测比例和合格级别应当符合相应标准的规定；采用局部无损检测时，制造单位也应当对未检测部分的质量负责；(2)钢质无缝气瓶的无损检测应当采用在线超声自动检测(相应标准另有规定的除外)，其方法及检测灵敏度等要求应当符合相应标准的规定；检测范围应当覆盖全部可检部位，不能覆盖的部分应当采用磁粉检测；(3)从事气瓶无损检测的人员，应当按照有关安全技术规范规定进行考核，取得相应资格证书后，方能承担与资格证书的种类和等级相对应的无损检测工作。钢质无缝气瓶的无损检测应采用在线自动检测。采用局部无损检测时，制造单位也应当对未检测部分的质量负责。对于焊接气瓶，目前采用数字成像检测的企业也越来也多。但有些检测设备的成像质量、储存格式以及存储方式等与标准的要求还存在一定的差距。目前十页\总数一百零八页\编于二十二点

5.1.2.9制造质量的检验、检测

气瓶制造质量的检验和检测项目与要求，应当符合相应标准的规定：

(1)各种试验装置(如X射线数字成像检测、外测法水压试验等设备)应当符合相应标准的要求；

(2)水压爆破试验应当采用能绘制压力—进水量曲线的自动采集和记录数据的试验装置；

(3)无缝气瓶(小容积气瓶除外)及金属内胆缠绕气瓶应当采用外测法(也称水套法)进行水压试验；试验前，应当根据有关标准的规定对试验系统进行校验，校验所使用的标准瓶应当经标定后使用；其他气瓶可以采用内测法进行水压试验；水压试验装置应当能实时自动记录瓶号、时间及试验结果。5.1.2.10出厂资料

气瓶出厂时，制造单位应当逐只出具产品合格证和按批出具批量检验产品质量证明书。产品的质量记录、检验报告、批量检验产品质量证明书等文件应当按规定期限保存。对于车用气瓶一般不少于15年，其他气瓶不少于7年。5.1.2.11产品制造监督检验

气瓶产品的制造过程应当由监检机构进行安全性能监督检验，监检机构应当对经监督检验合格的气瓶按批出具《气瓶产品制造监督检验证书》。未经监督检验或者监督检验不合格的气瓶产品不得出厂、销售和充装。

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4.1.3金属热处理基本知识1．热处理的概念热处理是将固态金属及合金按预定的要求进行加热、保温和冷却，以改变其内部组织，从而获得所要求性能的一种工艺过程。临界温度又称为临界点，是指钢加热或冷却时发生相变的温度。它是制定热处理工艺的重要指标，对钢来说，常用的临界温度如下：（1）A1：表示钢加热时珠光体向奥氏体转变，冷却时奥氏体向珠光体转变的温度。也就是一般所说的下临界点。（2）A3：表示压共析钢加热时，先共析铁素体完全溶入奥氏体的温度，或冷却时先共析铁素体开始从奥氏体中析出的温度。也就是说亚共析钢的上临界点。（3）Ac1：钢加热时，开始形成奥氏体的温度。（4）Ac3：亚共析钢加热时，所有铁素体都转变为奥氏体的温度。（5）Acm：过共析钢加热时，先共析渗碳体完全溶入奥氏体的温度。或冷却时先共析渗碳体开始从奥氏体中析出的温度。（6）Ar1：冷却时实际的A1温度成为Ar1。（7）Ar3：冷却时实际的A3温度成为Ar3。目前十二页\总数一百零八页\编于二十二点

目前十三页\总数一百零八页\编于二十二点3．常用热处理方法下面对气瓶及其他特种设备制造中常用的几种热处理方法进行简单的介绍。（1）退火：指金属材料加热到适当的温度，保持一定的时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。常见的退火工艺有再结晶退火，去应力退火，球化退火，完全退火等。退火的目的主要是降低金属材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或压力加工，减少残余应力，提高组织和成分的均匀化，或为后道热处理作好组织准备等。（2）正火：指将钢材或钢件加热到Ac3或Acm（钢的上临界点温度）以上30～50℃，保持适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理的工艺。正火的目的主要是提高低碳钢的力学性能，改善切削加工性，细化晶粒，消除组织缺陷，为后道热处理作好组织准备等。（3）淬火：指将钢件加热到Ac3或Ac1（钢的下临界点温度）以上某一温度，保持一定的时间，然后以适当的冷却速度，获得马氏体（或贝氏体）组织的热处理工艺。常见的淬火工艺有盐浴淬火，马氏体分级淬火，贝氏体等温淬火，表面淬火和局部淬火等。淬火的目的是使钢件获得所需的马氏体组织，提高工件的硬度，强度和耐磨性，为后道热处理作好组织准备等。目前十四页\总数一百零八页\编于二十二点（4）回火：指钢件经淬硬后，再加热到Ac1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。常见的回火工艺有：低温回火，中温回火，高温回火和多次回火等。回火的目的主要是消除钢件在淬火时所产生的应力，使钢件具有高的硬度和耐磨性外，并具有所需要的塑性和韧性等。（5）调质：指将钢材或钢件进行淬火及回火的复合热处理工艺。使用于调质处理的钢称调质钢。它一般是指中碳结构钢和中碳合金结构钢。（6）固溶处理：指将合金加热到高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。固溶处理的目的主要是改善钢和合金的塑性和韧性，为沉淀硬化处理作好准备等。（7）沉淀硬化（析出强化）：指金属在过饱和固溶体中溶质原子偏聚区和（或）由之脱溶出微粒弥散分布于基体中而导致硬化的一种热处理工艺。如奥氏体沉淀不锈钢在固溶处理后或经冷加工后，在400～500℃或700～800℃进行沉淀硬化处理，可获得很高的强度。（8）时效处理：指合金工件经固溶处理，冷塑性变形或铸造，锻造后，在较高的温度放置或室温保持，其性能，形状，尺寸随时间而变化的热处理工艺。若采用将工件加热到较高温度，并较长时间进行时效处理的时效处理工艺，称为人工时效处理，若将工件放置在室温或自然条件下长时间存放而发生的时效现象，称为自然时效处理。时效处理的目的是消除工件的内应力，稳定组织和尺寸，改善机械性能等。（9）消除应力热处理：消除焊接过程中产生的内应力及冷作硬化，焊后热处理是其中最重要的一种，目的是改善焊缝及热影响区的组织，使焊缝中的氢完全扩散，提高焊缝的抗裂性和韧性，稳定结构。目前十五页\总数一百零八页\编于二十二点

4.1.4气瓶常用金属材料特点及质量要求气瓶制造中，常用的材料主要为各类钢材、铝合金等，形式有钢板、钢带、钢坯、无缝钢管、棒材等。常用的气瓶材料标准有:GB6653《焊接气瓶用钢板和钢带》GB13447《无缝气瓶用钢坯》GB18248《气瓶用无缝钢管》GB28884《大容积气瓶用无缝钢管》目前十六页\总数一百零八页\编于二十二点1．气瓶主体材料的基本要求（1）具有足够的强度，尤其是高压气瓶应有较高的强度及合适的屈强化，以降低气瓶重量，并充分发挥材料潜力；（2）有一定的塑性，韧性；并有较好的低温性能，以适应气瓶流动性大和使用环境复杂的特点；（3）材质比较稳定、均匀；有较好的抗疲劳性能，能保证整个试用期内的疲劳寿命；（4）有较好的耐腐蚀性能；（5）便于制造加工，高压气瓶应有较好的可锻性，低压焊接气瓶应有较好的可焊性；（6）符合我国资源及供货情况，价格合理；（7）符合各相关标准中对材料提出的要求。目前十七页\总数一百零八页\编于二十二点2．钢制气瓶常用主体材料及其要求（1）气瓶主体材料必须采用碱性转炉冶炼的无时效性镇静钢。钢制无缝气瓶的瓶体，焊接气瓶的筒体和封头，都是直接承受内压的零部件，要求选用含硫、磷等杂质较少的镇静钢，不允许使用沸腾钢。（2）低温性能:当温度低于某一临界值时，钢材的冲击韧性显著降低，这个使冲击韧性急剧降低的温度范围，就是钢材的冷脆临界温度。钢材的冷脆临界温度愈低。表明钢材抗脆断能力愈强。不同成份的钢材在低温时的冲击韧性相差很大，普低钢的低温冲击韧性优于碳钢，在碳钢中影响钢材的低温冲击的最重要因素是钢中的含碳量。含碳量增加将大大降低冲击韧性值和影响冷脆临界温度。故对含碳量应有所限制。能提高钢材的冲击韧性及降低冷脆临界温度的元素有铝、钛、钒、锰、镍等。硅、钼有相反的效果。目前十八页\总数一百零八页\编于二十二点（3）耐腐蚀性气瓶材料应满足耐腐蚀性能的要求，钢中各元素对耐腐蚀性的影响如下：碳：一般是碳越低，氧的腐蚀越小。锰：锰含量（0.4～1.5％）在硫含量高的场合，会有硫化锰存在，对腐蚀有影响，但在硫含量低的场合，锰和铁形成固溶体，对腐蚀无影响。磷：磷含量规定在0.04％以下，可以提高钢在大气中的抗腐蚀性，特别是当钢中含有铜时，耐蚀作用更加显著。硫：作为硫化铁，硫化锰存在时，有构成局部电池的因素，但在中性溶液里几乎没有影响。铜：气瓶用钢的含铜量在0.5％以下是固溶性，其耐蚀性甚好，与磷一起，效果更好。铬：钼与铬并存时，抗氧化性强，有较高的耐腐蚀性。目前十九页\总数一百零八页\编于二十二点

3．焊接气瓶常用主体材料及其要求（1）焊接气瓶用钢材要求具有良好的塑性和焊接性。以利于加工变形和焊接，应控制钢板含碳量，为了防止焊接时产生裂缝，应控制硫、磷的含量。（2）硫的影响。硫是有害杂质，对钢的焊接性和塑性都有不良影响，硫以硫化铁（FeS）或硫化锰（MnS）的形式存在，硫化铁与铁能形成低熔点的共晶体（熔点为985℃），它低于钢材的热加工开始温度，导致热加工时的开裂。硫化锰在热加工过程中，沿着轧制方向伸长，形成所谓纤维组织，使平行于纤维组织方向截取的试样，和垂直于纤维方向的试样表现出悬殊的机械性能。纤维组织还影响钢材轧制后的带状组织。同样，焊缝在熔化区的热裂，也主要与焊缝金属中硫的含量有关。（3）磷的影响.磷在钢中能全部溶于铁素体内，而使铁素体在室温下的强度提高，而塑性和韧性下降，即产生所谓“冷脆性”。使钢的冷加工性能及焊接性变坏。当钢中含碳量愈高时，这种脆化作用就愈大。磷含量应严格控制。目前二十页\总数一百零八页\编于二十二点

GB6653-2008《焊接气瓶用钢板和钢带》中对焊接气瓶用钢板牌号及化学成分的要求。目前二十一页\总数一百零八页\编于二十二点4．无缝气瓶常用主体材料及其要求（1）选材因素GB5099《钢质无缝气瓶》要求钢制无缝气瓶主体材料必须采用碱性转炉冶炼的无时效性镇静钢；GB13447《无缝气瓶用钢坯》规定无缝气瓶用钢必须采用氧气转炉或电炉冶炼后精炼、真空脱气制造方式。一般说来，一般高压气瓶使用锰钢，西欧，美国等调质气瓶多使用铬钼钢，或铬镍钼钢。制作无缝气瓶的材料，除了满足选材的基本要求外，还必须在强度高的同时，具有较高的伸长率；具有较好的热处理性能；常温和低温冲击韧性值高。提高强度可用添加C、Mn、Cr等合金元素和调质处理等方法，但有时会使伸长率和冲击韧性值降低，因此，对强度和伸长率的调整，将对气瓶选材有很大影响。总之要统一考虑。目前二十二页\总数一百零八页\编于二十二点铬：铬能改善钢的抗拉强度并提高伸长率，淬透性和耐腐蚀性，气瓶用钢中Cr的含量一般为0.8～1.2%。镍：提高强度，改善缺口韧性，低温冷脆及临界温度；钼：提高强度，改善回火脆性。

（2）力学性能对一般无缝气瓶的要求是通过壁厚公式中的许用应力，也即从安全系数方面来保证的。在塑性和韧性方面，对气瓶材料来说，比抗静态耐压强度更重要的是富于延伸性、韧性，抗冲击能力强，塑性变形性能好，能抑制裂纹的扩展等。气瓶很少在静态下由于常规强度不够破坏的，因此，必须从正确选用材料和热处理方面，来增加塑性和韧性。目前二十三页\总数一百零八页\编于二十二点目前二十四页\总数一百零八页\编于二十二点5．铝合金无缝气瓶主体材料的要求（1）铝及铝合金的性能特点①轻质：铝的突出优点是它的密度小（2.7g/cm3），大约是钢的1/3。②耐蚀性：铝及铝合金表面，易生成一层致密、牢固的氧化铝保护膜，防止其继续氧化。这层保护膜只有在卤素离子或碱离子的激烈作用下才会遭到破坏。因此，铝有很好的耐大气腐蚀和水腐蚀的能力。能抗多数酸及有机物腐蚀。通过合金选择、化学和电化学处理等到措施，可进一步提高其耐蚀性。③力学性能：抗拉强度对任何金属来说都是重要的特性之一，它可以在很低到相当高的大范围内变化。工业纯铝的强度很低，塑性很高，但是可通过合金化方法使其强度提高到预定目标的水平。④加工性能：由于铝本身具有软的面心立方晶体结构，所以和铝合金本质上易加工且可用通用变形技术加工。铝和铝合金也具有快速而又经济的机械加工性能。目前二十五页\总数一百零八页\编于二十二点

（2）铝合金的强化方式铝合金的强化是以铝与其他金属元素形成金属间化合物在固溶体中的固溶度变化为基础。铝虽能同许多金属形成合金，但相比之下有高的固溶度和能起显著强化作用的元素却只有Cu、Zn、Mg、Si四种。

（3）Al-Mg-Si系锻用铝合金Al-Mg-Si系合金是在热处理强化型铝合金中唯一没有发现应力腐蚀断裂（SCC）现象的合金，有中等强度和优良的耐蚀性能，有明显的时效强化效应。目前二十六页\总数一百零八页\编于二十二点（4）各种化学元素对Al-Mg-Si合金性能的作用：①Si、Mg形成强化相Mg2Si，能显著提高合金的时效强化能力，改善合金的力学性能。固溶的Mg能提高对海水和碱溶液的腐蚀能力。②Cu的作用是提高合金的强度，但塑性有所降低，对耐蚀性也有不利影响。③Mn、Cr的作用是降低晶粒粗化倾向，提高合金的耐蚀性，但也提高强度的韧性。④Ti细化晶粒的作用，改善工艺塑性。⑤Fe是铝合金中不可避免的杂质元素，少量的有利于合金强度的提高，但当铁含量大于0.25%时，易形成α-Fe相，β-Fe相和FeAl3相。其中β-Fe相和FeAl3相为针状，破坏合金结构的连续性。⑥Pb和Bi为杂质元素，由于能形成低熔点共晶（或单晶），扩大了有效结晶温度区间，凡是能扩大有效结晶温度区间的杂质，都能促使热裂纹的形成⑦少量的杂质Zn对合金的强度影响不大。目前二十七页\总数一百零八页\编于二十二点（5）铝合金无缝气瓶瓶体材料的选择首先考虑的是它的安全性，为防止失效破坏造成的事故，瓶体材料必须具有足够的强度，有一定的塑性、韧性，有较好的耐腐蚀能力以及较好的低温性能；由于铝合金的疲劳强度较低，因此，一定要选择抗疲劳性能较好的材料。其次要考虑它的加工性能、供货及价格情况。根据GB11640-2011《铝合金无缝气瓶》的要求，铝合金无缝气瓶的瓶体材料一般应选用6061铝合金，这个牌号材料属于Al-Mg-Si系锻用铝合金，具有良好的冷、热加工、耐蚀、低温、疲劳等性能。其化学成分见表4.3：目前二十八页\总数一百零八页\编于二十二点4.2焊接4.2.1气瓶制造中常用的焊接方法焊接：将两块分离的金属其欲结合部位局部加热到熔化或半熔化状态，采取施加压力或填充其他金属、利用原子间的扩散与结合，使它们联连结成为整体，这个过程称为焊接。常见的焊接方法：电弧熔化焊（焊条电弧焊、埋弧自动焊、熔化极气体保护电弧焊、钨极氩弧焊、等离子电弧焊、电渣焊、电子束焊接、激光束焊接）、气焊、摩擦焊、爆炸压力焊接等。气瓶及其他承压类特种设备常用的焊接方法主要是熔化焊，并且气瓶主体制造要求使用全焊透机械焊接方法或全自动焊接方法。目前二十九页\总数一百零八页\编于二十二点4.2.1.1焊条电弧焊焊条电弧焊是使用手持焊钳夹持焊条，利用焊条与焊件之间的电弧热，将焊条及部分焊件熔化形成熔池，通过焊钳带动焊条移动，从而形成焊缝的焊接方法。1．焊条：涂有药皮的供焊条电弧焊使用的熔化电极称为焊条。它由焊芯和药皮两部分组成。焊条按用途分类可分为：碳钢焊条、低合金钢焊条、铬钼耐热钢焊条、不锈钢焊条、低温钢焊条、堆焊焊条、铝及铝合金焊条、镍及镍合金焊条、铜及铜合金焊条、铸铁焊条和特殊用途焊条等等。目前三十页\总数一百零八页\编于二十二点焊条按焊条药皮熔化后所形成的熔渣的酸碱性不同可分为：酸性焊条和碱性焊条两大类。酸性焊条：焊缝金属的力学性能（特别是冲击韧性）较低；抗裂性较差；工艺性能良好，成型美观，对锈、油、水分等杂质的敏感度不大，抗气孔能力强，广泛用于一般钢结构的焊接。常见种类有J421、J421Fe、J422、J423、J425、J502等。碱性焊条的最大特点是焊缝金属中含氢量低（也叫“低氢焊条”），碱性焊条的抗裂性良好。焊缝金属的力学性能（特别是冲击韧性）较高。用碱性焊条施焊时焊缝容易产生气孔缺陷；电弧稳定性差。碱性焊条广泛用于重要钢结构、高压锅炉、压力容器和压力管道的焊接制造中。目前三十一页\总数一百零八页\编于二十二点2．焊条电弧焊焊接规范焊接规范是影响焊接质量和焊接生产率的所有焊接工艺参数的总称。在电弧焊中，焊缝成形通常可用焊缝成形系数（形状系数）及熔合比这两个指标表示。焊缝成形系数是指焊缝熔化宽度与熔化深度之比，成形系数小。表示焊缝深而窄，焊接热影响区小，从充分利用电弧热、减小热影响区尺寸液态焊缝金属结晶时低熔点杂质及气体不易从熔池内浮出，焊缝容易产生热裂纹、气孔和夹渣。一般将焊缝成形系数控制在1.3～2.0较合适。母材在焊缝中所占的截面百分比，称为熔合比。熔合比可以影响焊缝的化学成分、金相组织和力学性能。，焊条电弧焊的熔合比在20%～30%之间。目前三十二页\总数一百零八页\编于二十二点焊条电弧焊时焊接规范主要包括焊接电流、电弧电压、焊条种类和直径、焊接电源种类和电流极性、焊接速度、焊接层数等。焊接电流：是影响焊接质量和焊接生产率的主要因素之一。增大电流，可增大焊缝熔深，提高生产率，但电流过大，会使焊条芯过热，药皮脱落，又会造成咬边、烧穿、焊瘤等缺陷，同时金属组织也会因过热而发生变化；若电流过小，则容易造成未焊透、夹渣等缺陷。电弧电压：主要影响焊缝熔化宽度和熔化深度，电压越高，熔化宽度越大，熔化深度越小，而电弧电压是由电弧长度决定的，电弧长则电弧电压高，电弧短则电弧电压低，手工电弧焊时，电弧不宜过长，因而电弧电压不高，变化范围也不大，一般为20～25V。焊条直径：主要根据被焊工件的厚度来选择焊条直径的粗细。工件越薄，所用焊条应越细；工件越厚，所用焊条应越粗。直径Φ3～Φ5mm的焊条用得最广。当工件厚度大于12mm时，焊条直径可选取Φ4～Φ5mm。平焊时，可选用较粗的焊条以提高生产率。但对多层焊的第一层焊道，应使用不超过3.2mm的焊条，以保证根部焊透，以后各层可根据工件的厚度而选用较粗的焊条。焊接速度：单位时间内完成的焊缝长度。焊条电弧焊的焊接速度一般不超过180mm/min，工件越薄，焊接速度越大。焊接层数：在中厚钢板焊条电弧焊时，应采用多层焊，对同一厚度的钢材，其他条件不变时，焊接层数增加，有利于提高焊接接头的塑性韧性。目前三十三页\总数一百零八页\编于二十二点3．焊接位置焊条电弧焊可以在不同的位置进行操作。焊接时，焊缝所处的空间位置称为焊接位置。平焊位置、立焊位置、横焊位置、仰焊位置是四种基本焊接位置。平角焊、立角焊、仰角焊是角焊缝的三种基本位置。管子环焊缝的焊接位置也有四种基本形式，即水平转动、垂直固定、水平固定、45°位置。对于不同的焊接位置，采用的焊接方法、选择的焊接规范以及焊工的操作手法都有所不同，焊缝外观成型与内部缺陷的发生也有各自的规律，掌握这些规律对无损检测人员来说是非常重要的。目前三十四页\总数一百零八页\编于二十二点4.2.1.2氩弧焊氩弧焊是以惰性气体氩气作为保护气体的一种电弧焊接方法。氩气是惰性气体，即使在高温之下，氩气也不与金属发生化学作用，且不溶解于液态金属，因此焊接质量较高。氩弧焊根据电极是否熔化分为非熔化极氩弧焊和熔化极氩弧焊。非熔化极氩弧焊通常叫钨极氩弧焊，它以钨棒或铈钨合金棒作电极，在氩气保护下，靠钨极与工件间产生的电弧热，熔化基本金属进行焊接。钨极氩弧焊电弧稳定，可使用较小电流焊接较薄工件，并可实现单面焊双面成形。在承压类特种设备制造和安装中得到广泛应用。特别是采用钨极氩弧焊打底，然后用焊条电弧焊或其它焊接方法填充和盖面焊形成焊缝，可以避免根部未焊透等缺陷，提高焊接质量。熔化极氩弧焊是采用连续送进的焊丝作电极，在氩气的保护下，依靠焊丝与工件之间产生的电弧热，熔化基本金属与焊丝形成焊缝。在承压类特种设备制造中，熔化极氩弧焊多用于焊接有色金属及合金钢。目前三十五页\总数一百零八页\编于二十二点

氩弧焊的优点：（1）适于焊接各种钢材、有色金属及合金，焊接质量优良；（2）电弧和熔池用气体保护，清晰可见，便于实现全位置自动化焊接；（3）电弧在保护气流的压缩下，电弧横截面减小，电流密度较大，从而使热量集中；焊接速度可以较快，使熔池较小，热影响区较小，从而工件焊接变形较小；（4）电弧稳定，飞溅小，焊缝致密，成型美观。氩弧焊的缺点：氩气成本较昂贵，氩弧焊的设备和控制系统复杂，钨极氩弧焊的生产效率较低，故一般只用于薄壁构件的焊接或较厚焊缝的打底焊。氩弧焊可用于各种焊接接头形式，但不同接头形式下氩气的保护效果不同。对于对接接头和T型接头，氩气流具有良好的保护效果。但对角接接头的保护作用较差，空气容易侵入焊缝区，所以应加挡板以提高氩气的保护效果。2．氩弧焊的焊接规范参数（教材P83）目前三十六页\总数一百零八页\编于二十二点4.2.1.3二氧化碳气体保护焊以二氧化碳气体作为保护气体的电弧焊接方法，叫二氧化碳气体保护焊，简称CO2保护焊。根据填充焊丝的不同，二氧化碳气体保护焊可分为实芯二氧化碳气体保护焊和药芯二氧化碳气体保护焊（FCAW）。选用二氧化碳气体保护焊焊丝时，必须保证焊丝中含有足够数量的脱氧元素，主要是锰、硅元素。

目前三十七页\总数一百零八页\编于二十二点二氧化碳气体保护焊的优点：（1）成本低。不仅二氧化碳气体比氩气便宜，也比采用焊剂及焊条药皮便宜，而且二氧化碳气体保护焊焊接时电能消耗少，焊接成本仅为焊条电弧焊或埋弧自动焊的50%。（2）质量好。电弧和熔池都在二氧化碳气体保护之下，不易受空气侵害。焊接时电弧加热集中，焊接速度快，焊接热影响区小，采用细焊丝小规范来焊接薄壁结构，特别适宜。（3）生产率高。由于焊丝送进自动化，电流密度大，热量集中，所以焊接速度快，又不需要清理焊渣等辅助工作，所以生产率高。二氧化碳气体保护自动焊比起手工电弧焊来，工效、可提高3～5倍。（4）操作性能好。明弧焊接，便于发现和处理问题。具有手工焊接的灵活性，适宜于进行全位置焊接。

二氧化碳气体保护焊的缺点：（1）采用较大电流焊接时，飞溅较大，烟雾较多，弧光较强，劳动条件较差。（2）焊接设备比较复杂。（3）控制或操作不当时，容易产生气孔。目前三十八页\总数一百零八页\编于二十二点4.2.2焊接接头4.2.2.1焊接接头形式焊接接头形式一般按被焊接两金属件的相互结构位置来分类，通常分为对接接头对接焊缝、T形接头对接焊缝、角接接头对接焊缝、锁底接头对接焊缝、角接接头角焊缝、T形接头角焊缝、搭接接头角焊缝、对接接头角焊缝等。加工成的结构形式，一般根据焊接工艺来决定。坡口形式的选择主要应考虑以下几个因素：（1）保证焊透。（2）填充于焊缝部位的金属尽量少。（3）便于焊工施焊操作，改善劳动条件。（4）减少焊接残余变形量和焊接应力，焊接较厚元件应尽量选用沿壁厚对称的坡口形式。（5）避免产生焊接缺陷。。目前三十九页\总数一百零八页\编于二十二点目前四十页\总数一百零八页\编于二十二点对接接头：是将两金属件放置于同一平面内（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。对接接头处结构基本上是连续的，承载后应力分布比较均匀。设计焊接接头时，应尽量采用对接接头。但对接接头也有一定程度的应力集中，这主要是在接头处截面改变造成的，即焊缝两面的余高或下凹在基本金属与焊缝过渡处造成应力集中。在承压类特种设备制造中，不允许焊缝表面下凹，对焊缝余高也有限制，一般应小于4mm。当焊缝根部未焊透或焊缝中存在缺陷时，对接接头中的应力集中将会增大。对接接头的坡口形式可分为不开坡口、V型坡口、X型坡口、U型坡口及双U型坡口等。气瓶由于大多壁厚较薄且结构简单，多采用不开坡口及V型坡口。目前四十一页\总数一百零八页\编于二十二点搭接接头：是指两块板料相叠，而在端部或侧面角焊的接头。搭接接头不需要开坡口即可施焊，对装配要求也相对松些。搭接接头的焊缝属于角焊缝，在接头处结构明显不连续，承载后接头部位受力情况比较复杂，有附加的剪力及弯矩，应力集中比对接接头严重，因而较少采用，承压类特种设备一般不允许采用搭接结构，仅在特殊情况下偶尔采用。角接接头及T字接头：两构件成直角或一定角度，而在其连接边缘焊接的接头称角接接头。两构件成T字形焊接在一起的接头称直角或一定角度T字接头。角接接头和T字接头都形成角焊缝，形式相近。单面焊的角接接头及T字接头承受反向弯矩的能力极低，应当避免采用。一般角接接头及T字接头都应开坡口双面施焊，或者开坡口单面施焊保证焊透。根据板厚及工作重要性，角接接头及T字接头有V形、单边V形、U形和K形等坡口形式。目前四十二页\总数一百零八页\编于二十二点

4.2.2.2焊接接头的组成焊接接头包括：焊缝（OA）、熔合区（AB）和热影响区（BC）三部分。目前四十三页\总数一百零八页\编于二十二点

焊缝：是焊件经焊接后形成的结合部分。通常由熔化的母材和焊材组成，有时全部由熔化的母材组成。

熔合区：是焊接接头中焊缝与母材交接的过渡区域。它是刚好加热到熔点与凝固温度区间的部分。焊接热影响区：是焊接过程中，焊缝边缘母材因受焊接热循环的作用未熔化但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、板厚及预热温度、层间温度、线能量等焊接工艺参数有关。目前四十四页\总数一百零八页\编于二十二点4.2.2.3焊接接头的组织和性能焊接接头中，焊缝金属是高温液态冷却至常温固态的，这期间经历了两次结晶过程，即从液相转变为固相的一次结晶过程和在固相状态下发生组织转变的二次结晶过程。焊缝金属的一次结晶过程如下：结晶最先发生在熔池中温度最低的熔合线部位，随着熔池温度的降低，晶体逐渐长大，在长大过程中，由于相邻晶体的阻碍，晶体只能向熔池中心生长，从而形成柱状晶体，当柱状晶体长大至相互接触时，一次结晶过程即结束。一次结晶过程中，由于冷却速度快，焊缝金属来不及扩散，会产生化学成分分布不均匀现象，这种现象称偏析，偏析有可能使焊缝力学性能和耐腐蚀性能不均匀，还有可能产生缺陷。焊缝金属二次结晶的组织性能与焊缝的化学成份、冷却速度及焊后热处理有关。低碳钢和低合金钢在平衡状态下的二次结晶组织是铁素体加少量珠光体，随着冷却速度的加快，珠光体含量增多、铁素体减少、焊缝的强度和硬度有所提高，而塑性、韧性则下降。含合金元素较少（铬＜5%）的耐热钢，在焊前预热、焊后缓冷条件下得到珠光体和部分淬硬组织；高温回火后可得到完全的珠光体组织。由于焊缝金属的化学成分较合理，二次结晶的晶粒较细，所以焊缝部位的金属具有较好的力学性能，加上焊缝余高使焊缝部位的受力截面增大，所以，焊接接头的薄弱部位不在焊缝，而在熔合区和热影响区。焊缝余高并不能增加整个焊接接头的强度，因为余高仅仅使焊缝截面增大而未使熔合区和热影响区截面增大，相反，由于余高的存在恰好在熔合区和热影响区粗晶区部位造成结构的不连续，从而导致应力集中，使焊接接头疲劳强度下降。目前四十五页\总数一百零八页\编于二十二点4.2.3焊接缺陷的种类、产生原因及防止措施4.2.3.1焊接缺陷的定义在焊接过程中，由于焊接规范选择、焊前准备和操作方法等不恰当，便会使焊缝产生各种焊接缺陷，影响焊接接头质量。GB/T3375《焊接术语》将焊接缺陷定义为：焊接过程中在焊接中产生的金属不连续、不致密或连接不良的现象。GB/T6417《金属熔化焊焊缝缺陷分类及说明》是等效采用ISO6520。该标准中的“缺陷”，在ISO6520《金属熔化焊焊缝缺陷分类及说明》原文中是缺欠（imperfection），而不是缺陷（defect）。有学者强调“缺陷”和“缺欠”的区别，并指出：美国焊接学会AWSA3.0对缺欠的定义表明，焊接结构上出现的不连续，诸如材料或产品中存在的力学性能、物理性能、化学性能上的不均匀。在设备焊制过程中，有些缺欠是偶尔失误；有的则是难以避免的。缺欠的可容许程度由制造标准或图样规定，例如：错边量、棱角度、焊缝余高或咬边等。而“缺陷”指一种或多种不连续的缺欠，按其特性或累加效果致使产品不符合最低合乎使用要求，或者说对焊接接头的合用性构成危险的缺欠称缺陷。按此定义，缺陷是不容许存在的必须去除或修补。目前四十六页\总数一百零八页\编于二十二点4.2.3.2焊接缺陷的分类GB/T6417《金属熔化焊焊缝缺陷分类及说明》将缺陷按性质分为六大类，每类中按其位置及状态又分为若干小类。第1类：裂纹，包括纵裂、横裂、放射状裂纹，弧坑裂纹、间断裂纹群、枝状裂纹和微观裂纹。第2类：孔穴（包括球形气孔、条形气孔、虫形气孔、链状气孔、局部密集气孔、均布形和表面气孔等），缩孔（包括结晶缩孔、微缩孔、枝间微缩孔、弧坑缩孔等）。第3类：固体夹杂，包括熔渣的夹渣、焊剂或熔剂夹渣、氧化物夹杂、金属夹杂等。第4类：未熔合和未焊透。第5类：形状缺陷：包括连续或间断咬边、缩沟、余高超标、下塌、焊缝成形不良、焊瘤、错边、棱角过大、下垂、烧穿、未焊满、焊缝宽度不齐、表面不规则、根部收缩、焊缝接头不良等。第6类：其他缺陷，包括电弧擦伤、飞溅、表面撕裂、磨痕和凿痕等。目前四十七页\总数一百零八页\编于二十二点4.2.3.3常见的焊接缺陷按焊接缺陷存在的位置将其分为外观缺陷和内部缺陷。下面对气瓶制造常见的焊接缺陷进行简单介绍。1.外观缺陷（表面缺陷）是指不用借助于仪器，从工件表面肉眼可以发现的缺陷。常见的外观缺陷有咬边、焊瘤、凹陷及焊接变形等，有时还有表面气孔和表面裂纹。单面焊的根部未焊透也位于焊缝表面。（1）咬边：沿焊趾的局部母材上被电弧熔化，而未被填充金属覆盖所形成的、呈连续状态的沟槽或凹陷即是咬边。根据咬边处于焊缝的上下面，可分为外咬边（在坡口开口大的一面）和内咬边（在坡口底部一面）。咬边也可以说是沿焊缝边缘低于母材表面的凹槽状缺陷。它是由于电弧将焊缝边缘的焊材熔化后没有得到熔敷金属的充分补充所留下的缺口。目前四十八页\总数一百零八页\编于二十二点产生咬边的主要原因：是电弧热量太高，即电流太大，焊接速度太快而造成的。焊接电弧与工件间角度不正确，摆动不合理，电弧过长，错误的焊接次序都会造成咬边。直流焊时电弧的磁偏吹也是产生咬边的一个原因。立焊、横焊、仰焊等焊接位置会加剧咬边。咬边减小了母材的有效截面积，降低结构的承载能力，同时还由于应力集中，从而成为裂纹源。矫正操作姿势，选用合理的规范，采用正确的运条方式都有利于消除咬边。焊接时，用交流电源代替直流电源焊也能有效地防止咬边。目前四十九页\总数一百零八页\编于二十二点（2）焊瘤：是指焊缝中的液态金属流到未熔化的母材表面或从焊缝根部溢出，冷却后形成未与母材熔合的金属瘤。焊接规范过强、焊条熔化过快、焊条质量欠佳（如偏芯），焊接电源特性不稳定及操作姿势不当等都容易带来焊瘤。在横、立、仰位置更易形成焊瘤。焊瘤常伴有未熔合、夹渣缺陷。此外焊瘤改变了焊缝的实际尺寸，会带来应力集中。防止焊瘤的措施：使焊缝处于平焊位置，正确选用规范，选用无偏芯焊条，操作方法正确。目前五十页\总数一百零八页\编于二十二点（3）凹坑：指焊缝表面或背面局部低于母材表面的现象。焊缝表面凹坑多是由于收弧时焊条（焊丝）未作短时间停留造成的，此时的凹坑称为弧坑；横、立、仰焊时，由于液态金属的自重作用，常在焊缝背面根部产生内凹。凹坑减小了焊缝的有效截面积，弧坑常带有弧坑裂纹和弧坑缩孔。防止凹坑的措施：施焊时尽量选用平焊位置，选用合适的焊接规范，收弧时让焊条在熔池内短时间停留或环形摆动，填满弧坑。目前五十一页\总数一百零八页\编于二十二点（4）未焊满：是指焊缝表面上连续的或断续的低于母材表面的沟槽。填充金属不足是产生未焊满的根本原因。规范太弱，焊条过细，焊速过快及运条不当等均会导致未焊满。未焊满同样减小了焊缝的有效截面积，削弱了焊缝，也会产生应力集中。防止未焊满的措施：加大焊接电流，降低焊接速度，加焊盖面焊缝等等。（5）烧穿：是指焊接过程中，熔深超过工件厚度，金属熔化过度造成熔化金属自焊缝表面流出，形成穿孔性缺陷。焊接电流过大，速度太慢，电弧在焊缝处停留过久，都会产生烧穿缺陷。工件间隙太大，钝边太小也容易出现烧穿现象。烧穿是锅炉压力容器压力管道产品上不允许存在的缺陷，它破坏了焊缝，使接头丧失联接及承载能力。选用较小焊接电流和合适的焊接速度，减小装配间隙，加大钝边厚度，在焊缝背面加设垫板或焊剂垫，使用脉冲电源等工艺措施，均能有效地防止烧穿。目前五十二页\总数一百零八页\编于二十二点（6）其他表面缺陷除上述五种缺陷外，下列几种也是常见的外观缺陷。①成型不良：指焊缝的外观几何尺寸不符合要求。有焊缝超高、余高差过大，焊缝直线度超差，以及焊缝过宽，焊缝向母材过渡不圆滑等。目前五十三页\总数一百零八页\编于二十二点②错边：指两个工件在厚度方向上错开一定位置，它既可视作焊缝表面缺陷，又可视作装配成型缺陷。③塌陷：单面焊时由于输入热量过大，熔化金属过多而使液态金属向焊缝背面塌落，成型后焊缝背面突起，正面下塌。④表面气孔及弧坑缩孔。⑤各种焊接变形:如角变形，扭曲变形、波浪变形等都属于焊接缺陷。角变形也属于装配成型缺陷。目前五十四页\总数一百零八页\编于二十二点2.内部缺陷是指位于焊接接头内部，用无损检测方法和破坏性试验检测到的缺陷。常见的内部缺陷有气孔、夹渣、裂纹、未焊透、未熔合等。(1)气孔:指焊接时熔池中的气体未在金属凝固前逸出，残存于焊缝之中所形成的空穴。其气体可能是熔池从外界吸收的，也可能是焊接冶金过程中反应生成的。目前五十五页\总数一百零八页\编于二十二点①气孔的分类：从其形状上分，有球状气孔和条虫状气孔；从数量上可分为单个气孔和群状气孔。②气孔的形成机理：常温固态金属中气体的溶解度只有高温液态金属中气体溶解度的几十分之一至几百分之一。熔池金属在凝固过程中，有大量的气体要从金属中逸出来。当金属凝固速度大于气体逸出速度时，就形成气孔。③产生气孔的主要原因：母材坡口或填充金属电压过高会增大空气侵入机会，也会产生气孔。④气孔的危害：气孔减小了焊缝的有效截面积，使焊缝疏松，从而降低了接头的强度，降低塑性，还会引起泄漏。气孔也是引起应力集中的因素。氢气孔还可能促成冷裂纹。⑤防止气孔的措施：a)清除焊丝，工件坡口及其附近表面的油污、铁锈、水分和杂物。b)采用碱性焊条、焊剂，并彻底烘干。c)采用直流反接并用短电弧施焊。d)焊前预热，减缓冷却速度。e)用线能量较大的规范施焊。目前五十六页\总数一百零八页\编于二十二点(2)夹渣:指焊后熔渣残存在焊缝中的现象。①夹渣的分布和形状有单个点状夹渣、条状夹渣、链状夹渣和密集夹渣。②夹渣产生的原因如下：a)坡口尺寸不合理；b)坡口有污物；c)多层焊时，层间清渣不彻底；d)焊接线能量小；e)焊缝散热太快，液态金属凝固过快；f)焊条药皮、焊剂化学成分不合理，熔点过高，冶金反应不完全，脱渣性不好；g)钨极惰性气体保护焊时，电源极性不当、电流密度大、钨极熔化脱落于熔池中。h)手工焊时，焊条摆动不正确，不利于熔渣上浮。目前五十七页\总数一百零八页\编于二十二点③夹渣的危害：点状夹渣的危害与气孔相似，带有尖角的夹渣会产生尖端应力集中，尖端还会发展为裂纹源，危害较大。④防止夹渣的措施如下：a)正确选择焊接规范，使熔池中焊剂充分熔化；b)采用焊接性能良好的经过烘干的焊条；c)严格清理焊件坡口和中间焊道的熔渣。目前五十八页\总数一百零八页\编于二十二点(3)焊接裂纹:是金属原子的结合遭到破坏，形成新的界面而产生的缝隙。①焊接裂纹的分类，根据裂纹尺寸大小，可分为：宏观裂纹（肉眼可见的裂纹）；微观裂纹（在显微镜下才能发现的裂纹）；超显微裂纹（在高倍数显微镜下才能发现的晶间裂纹和晶内裂纹）。根据裂纹延伸方向，可分为：纵向裂纹（与焊缝平行）；横向裂纹（与焊缝垂直）；辐射裂纹等。根据裂纹发生部位，可分为：焊缝裂纹；焊道下裂纹；弧坑裂纹等。根据发生条件和时机，可分为：热裂纹、冷裂纹、再热裂纹、层状撕裂。目前五十九页\总数一百零八页\编于二十二点②热裂纹：一般是指在焊缝稍低于凝固温度时产生的裂纹，焊接完毕即出现，即液态金属一次结晶时产生的裂纹。这种裂纹多贯穿在焊缝表面，裂纹面上呈氧化色，失去金属光泽，亦有的出现在热影响区。这种裂纹沿晶界开裂，又称结晶裂纹。a)热裂纹产生的原因：焊缝金属中含硫量较高时，形成硫化物与铁作用形成低熔点共晶，当低熔点共晶被排挤到晶界形成液态薄膜，构成一薄弱地带，受到拉伸应力作用时就可能使这一薄弱位置形成裂纹。如果基体金属的晶界上也存在着低熔点共晶和杂质，则加热温度超过起熔点的热影响区，在焊接应力的作用下，也可能产生裂纹，这就是热影响区的液化裂纹。b)防止措施：(a)控制焊缝中有害杂质（如硫、磷）的含量，硫、磷含量应小于0.03%～0.04%。(b)改善焊缝金属的一次结晶，通过细化晶粒，可提高焊缝金属的抗裂性。(c)正确选择合格的焊接工艺，如控制焊接规范，适当提高焊缝成型系数，从而防止中心线产生裂纹。(d)选择降低焊接应力的措施，也可防止热裂纹的产生。目前六十页\总数一百零八页\编于二十二点③冷裂纹：指在焊缝冷至马氏体转变温度（200～300℃）以下产生的裂纹，一般是在焊后一段时间（几小时、几天甚至更长）才出现，又称延迟裂纹，延迟裂纹主要是氢的作用。a)冷裂纹产生的原因：主要是由于焊缝金属中形成淬硬组织，扩散氢的存在和富集，存在着较大的焊接拉伸应力。b)防止措施：(a)选用合格的低氢焊接材料，采用降低扩散氢含量的焊接工艺方法；(b)严格控制氢的来源，如焊条和焊剂应严格按规定的要求烘干，随用随取。严格清理坡口两侧的油、锈、水分以及控制环境温度等。(c)选择合适的焊接工艺，正确地选择焊接规范、预热、缓冷、后热以及焊后热处理等，改善焊缝及热影响区的组织，去氢和消除焊接应力。(d)改善焊缝金属的性能，加入某些合金元素以提高焊缝金属的塑性。④再热裂纹：是指在重复加热过程中产生的裂纹。再热裂纹产生的部位均在热影响区的粗晶区，具有晶间断裂的特征；对于不同的含碳量有不同温度的敏感区；再热裂纹多发生在应力集中的部位。a)再热裂纹产生的原因：(a)晶体内二次硬化：是指一些合金钢焊后再加热时，金属材料中钒、钼、铬等合金元素能形成碳化物沉淀相，造成晶内强化，是产生再热裂纹的主要原因。(b)由于杂质在晶界富集，使产生再热裂纹的敏感性明显增大。(c)再热过程中的应力松弛，即应力逐步随时间而降低。b)防止措施：焊前预热和焊后进行后热处理；在满足设计要求的条件下，采用低强度高塑性焊缝；尽量减少残余应力，如消除焊缝余高、减少咬边和根部未焊透等缺陷。目前六十一页\总数一百零八页\编于二十二点⑤层状撕裂：在具有丁字接头或角接头的厚大构件中，沿钢板的轧制方向分层出现的阶梯状裂纹。层状撕裂实质上也属冷裂纹，主要是由于钢材在轧制过程中，将硫化物（MnS）、硅酸盐类、Al2O3等杂质夹在其中，形成各向异性。在焊接应力或外拘束应力的作用下，金属沿轧制方向伸展的杂质面开裂。a)层状撕裂产生的原因：主要是钢材中存在层状偏析，同时沿板厚方向承受较大的拉伸应力；还与钢板材质、焊缝金属中的含氢量、接头形式、施工工艺、结构形式等有一定的关系。b)防止措施：主要应减少钢材中的层状偏析；从结构设计和焊接工艺方面采取措施减少板厚方向的焊接应力。目前六十二页\总数一百零八页\编于二十二点⑥未焊透是指母材金属未熔化，焊缝金属没有进入接头根部的现象a)未焊透产生的原因：(a)焊接电流小，熔深浅。(b)坡口尺寸不合理，间隙太小和钝边太大。(c)焊条偏芯度太大及磁偏吹影响电弧对根部的熔化。(d)焊条直径过大，造成焊根无法焊透。(e)层间及焊根清理不良。b)未焊透的危害：(a)减少了焊缝的有效截面积，使接头强度下降。(b)未焊透引起的应力集中严重降低焊缝的疲劳强度，所造成的危害比强度下降的危害大的多。未焊透可能成为裂纹源，是造成焊缝破坏的重要原因。c)未焊透的防止措施：使用较大电流来焊接是防止未焊透的基本方法。另外，焊角焊缝时用交流代替直流以防止磁偏吹，合理设计坡口并加强清理，打底焊时用细焊条，用短弧焊接。目前六十三页\总数一百零八页\编于二十二点⑦未熔合是指焊缝金属与母材金属坡口面之间，或焊缝金属焊道之间未熔化结合在一起的缺陷。按未熔合所在的位置可将其分为坡口未熔合，层间未熔合和根部未熔合。a）未熔合产生的原因：(a)焊接电流过小；(b）焊接速度过快；(c）焊条角度不对；(d）产生了电弧偏吹现象；(e）焊接处于下坡焊位置，母材未熔化时已被铁水覆盖；(f）母材表面有污物或氧化物影响熔敷金属与母材间的熔化结合等。(b)未熔合的危害：未熔合是一种面积型缺陷，坡口未熔合和根部未熔合减小了承载截面积，应力集中也比较严重，其危害仅次于裂纹。(c)未熔合的防止措施：采用较大的焊接电流，正确地进行施焊操作，注意坡口面的清理。目前六十四页\总数一百零八页\编于二十二点4.2.4焊接工艺及焊接工艺评定4.2.4.1焊接工艺的概念不同的焊接方法有不同的焊接工艺。焊接工艺主要根据被焊工件的材质、牌号、化学成分，焊件结构类型，焊接性能要求来确定。首先要确定焊接方法，如手弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊等等，焊接方法的种类非常多，只能根据具体情况选择。确定焊接方法后，再制定焊接工艺参数，焊接工艺参数的种类各不相同，如手弧焊主要包括：焊条型号（或牌号）、直径、电流、电压、焊接电源种类、极性接法、焊接层数、道数、检验方法等。4.2.4.2焊接工艺评定焊接工艺评定（WeldingProcedureQualification）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。1．焊接工艺评定的目的（1）评定施焊单位是否有能力焊出符合相关国家或行业标准、技术规范所要求的焊接接头；（2）验证施焊单位所拟订的焊接工艺规程（WPS）是否正确。为制定正式的焊接工艺指导书或焊接工艺卡提供可靠的技术依据。目前六十五页\总数一百零八页\编于二十二点

2．焊接工艺评定的流程（1）提出焊接工艺评定的项目（2）草拟焊接工艺方案（3）焊接工艺评定试验（4）编制焊接工艺评定报告（5）编制焊接工艺规程（工艺卡、工艺过程作业指导书）3．焊工考试的概念

目前六十六页\总数一百零八页\编于二十二点4.3理化检验4.3.1化学成份分析化学成份分析也称为成份检测，是对产品或样品中的各个成份进行定性、定量分析的技术方法。化学成份是决定金属材料性能和质量的主要因素。因此，标准中对绝大多数金属材料规定了必须保证的化学成份，有的甚至作为主要的质量、品种指标。化学成份分析目前应用最广的是化学分析法和光谱分析法。化学分析法分为定性分析和定量分析两种。定性分析可以鉴定出材料含有哪些元素，但不能确定它们的含量；定量分析是用来准确测定各种元素的含量。光谱分析法是指各种元素在高温、高能量的激发下都能产生自己特有的光谱，根据元素被激发后所产生的特征光谱来确定金属的化学成份及大致含量的方法。通常借助于电弧，电火花，激光等外界能源激发试样，使被测元素发出特征光谱。经分光后与化学元素光谱表对照，做出分析。目前六十七页\总数一百零八页\编于二十二点化学成份分析在气瓶生产、使用等过程中是一种必要的检验手段。每一种气瓶使用的主体材料基本都不相同，即使同种气瓶选用同一主体材料，但是采用不同热处理工艺，其对材料化学成份的含量要求也不相同。这是因为钢中的各化学元素对气瓶如低温性能、耐腐蚀性能、焊接性能及力学性能等诸多性能有着直接的影响，所以气瓶在设计、制造时应选用标准规定的材料，且应严格控制材料中各化学元素的含量不能超出规定范围。因而气瓶制造厂应对气瓶原材料的化学成份按照相应的检验标准进行入场复验，以保证材料的组分和含量满足制造标准要求。钢铁及合金材料一般按照标准GB/T223《钢铁及合金化学分析方法》和GB/T4336《碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法（常规法）》的规定进行检验，如钢质无缝气瓶、汽车用压缩天然气钢瓶、焊接气瓶、溶解乙炔气瓶壳体、缠绕气瓶钢质内胆等。铝及铝合金材料一般按照GB/T20975《铝及铝合金化学分析方法》的规定进行检验。不锈钢材料一般按照GB/T11170《不锈钢多元素含量的测定火花放电原子发射光谱法（常规法）》的规定进行检验。目前六十八页\总数一百零八页\编于二十二点4.3.2金相检验金相检验也叫金相分析，是应用金相学方法检查金属材料的宏观和显微组织的工作。金相是指金属或合金的内部结构，即金属或合金的化学成分以及各种成分在合金内部的物理状态和化学状态。而金相组织是反映金属金相的具体形态，如马氏体，奥氏体，铁素体，珠光体等等。广义的金相组织是指两种或两种以上的物质在微观状态下的混合状态以及相互作用状况。金相检验一般包括宏观组织检验和显微组织检验。宏观组织检验是利用肉眼或10倍以下的低倍放大镜观察金属材料内部组织及缺陷的检验。主要检验气泡、夹渣、分层、裂纹晶粒粗大、白点、偏析、疏松等。显微组织检验又叫做高倍组织检验，是将制备好的试样，按规定的放大倍在相显微镜下进行观察测定，以检验金属材料的组织及缺陷的检验方法。一般检验夹杂物、晶粒度、脱碳层深度、晶间腐蚀等。金相检验的一般步骤包括试样的制备、试样浸融和金相评定。试样的制备指取样（包括取样位置和取样方法）、镶嵌和磨制（粗磨、细磨及抛光）；试样浸融包括化学浸融和电解浸融，浸融全过程是浸融-清水冲洗-无水酒精冲射-热风吹干；金相评定包括缺陷的评定、金属组织的评定、脱碳层的测定、平均晶粒度的测定及非金属夹杂物的测定等。金相检验是检验气瓶材料内部质量的重要手段之一。目前六十九页\总数一百零八页\编于二十二点4.3.3力学性能试验金属材料的性能包括工艺性能和使用性能。工艺性能指金属材料在加工过程中表现的性能。包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能、切削加工性能和热处理工艺性能等。使用性能指金属材料在使用过程中所表现的性能，主要包括力学性能、物理性能和化学性能。力学性能试验是对材料的各种力学性能指标进行测定的一种试验行为或实验学科，气瓶在制造和检验等过程中最常见的几种力学性能试验包括室温拉伸试验、弯曲试验、冲击试验和硬度试验等。4.3.3.1拉伸试验拉伸试验是在一定的温度和静载下将试样沿轴向拉伸，以了解材料在弹性变形和塑性变形时的应力、应变情况，以及材料在最大应力下的断裂强度。拉伸试验是在三个外界条件即温度、加载速度和应力状态都是恒定的条件下进行的。通过拉伸试验可获得材料的最基本力学性能指标，如弹性模量、泊松比、屈服强度、抗拉强度和伸长率等。特别对于塑性材料，拉伸试验最能清楚、直观地反映出材料的性能特点。气瓶材料的拉伸试验根据产品标准的不同要求，分别测得抗拉强度、屈服强度或规定塑性延伸强度、伸长率等性能指标的实际值，进而验证气瓶产品的设计合理性和安全性。目前七十页\总数一百零八页\编于二十二点4.3.3.2弯曲试验弯曲试验是测定材料承受弯曲载荷时的力学特性的试验，是材料力学性能试验的基本方法之一。弯曲试验主要用于测定脆性和低塑性材料的抗弯强度并能反映塑性指标的挠度。弯曲试验还可用来检查材料的表面质量。金属材料弯曲试验参照GB/T232《金属材料弯曲试验方法》执行。气瓶材料的弯曲试验采用万能试验机和游标卡尺等设备仪器按照GB/T232和产品标准的要求加工成近似矩形试样，按照标准规定选取合适的弯心直径和弯轴间距，以规定的弯曲角度进行试验和测量，最后检查试样表面是否存在裂纹来判定气瓶产品该项试验的合格与否。目前七十一页\总数一百零八页\编于二十二点4.3.3.3冲击试验金属夏比冲击试验是用来测定冲断一定形状的试样所消耗的功，是用于测定金属材料韧性应用最广泛的一种传统力学性能试验据试验温度，可分为室温、低温和高温夏比冲击试验。现执行GB/T229《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》。该标准规定了测定金属材料在夏比冲击试验中吸收能量的方法。夏比冲击试验是将规定几何形状的缺口试样置于冲击试验机两支座之间，缺口背向打击面放置，用摆锤一次打击试样，测定试样的吸收能量。吸收功值（焦耳）大，表示材料韧性好，对结构中的缺口或其他的应力集中情况不敏感。由于大多数材料冲击值随温度变化，一次试验应在规定温度下进行。当不在室温下试验时，试样7.5mm、5.0mm、2.5mm的试样，当产品标准对冲击试样有规定的应服从产品标准的要求。气瓶材料的冲击试验采用冲击试验机、低温槽、缺口投影仪、缺口加工机和游标卡尺等仪器、设备，按照GB/T229和产品标准的要求加工成规定的试样，以规定的试验温度进行试验，测得每个试样的冲击吸收功。目前七十二页\总数一百零八页\编于二十二点4.3.3.4硬度试验硬度是衡量材料软硬程度的一种力学性能指标，其定义为在给定的载荷条件下，材料对形成表面压痕（刻痕）的抵抗能力。硬度试验方法很多，一般分为划痕法、压入法和动力法三类。根据试验方法和适应范围的不同，硬度单位可分为布氏硬度、维氏硬度、洛氏硬度、显微维氏硬度等许多种，不同的单位有不同的测试方法，适用于不同特性的材料或场合。划痕法测得的硬度值表示材料抵抗表面局部断裂的能力。。压入法测得的硬度值表示材料抵抗表面塑性变形的能力。试验时用一定形状的压头在静载荷作用下压入材料表面，通过测量压痕的面积或深度来计算硬度。应用较多的有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度试验三种方法。动力法采用动态加载，测得的硬度值表示材料抵抗弹性变形的能力。气瓶材料硬度试验采用压入法测量硬度。涉及到的硬度试验为布氏硬度试验和洛氏硬度试验。目前七十三页\总数一百零八页\编于二十二点4.4金属腐蚀与防护腐蚀是指材料与其环境产生化学或电化学反应所造成的破坏，通常腐蚀破坏所针对的材料是金属材料，而金属材料具有高导电率，因此其与环境的反应本质上大多是“电化学反应”。4.4.1腐蚀分类腐蚀一般可按下列方法分类：4.4.1.1按腐蚀机理可分为：化学腐蚀和电化学腐蚀；1．化学腐蚀原理化学腐蚀是指材料与非导电性介质直接发送纯化学作用而引起的材料的破坏。在化学腐蚀中，电子的传递是在材料与介质之间直接进行的，因而没有电流产生。化学腐蚀主要包括在干燥或高温气体中和非电解质溶液中的腐蚀。这类腐蚀不普遍、只有在特殊条件下发生。2．金属电化学腐蚀原理如果把金属材料进入水或其他电解质溶液中，因不同部位电位不同，形成阳极区和阴极区，在局部电池作用下便发生腐蚀。电化学腐蚀不只是发生在两种材料之间，材料内部的化学与物理不均匀性，如成分偏析、金相组织差异，以及焊接、冷作变形加工等都会导致材料中产生电位差。电化学腐蚀也不只是发生在浸入溶液的材料，空气中的水分和杂质，如二氧化硫、二氧化碳，凝结在材料表面就能发生电化学腐蚀。金属腐蚀一般均为电化学腐蚀。目前七十四页\总数一百零八页\编于二十二点4.4.1.2按腐蚀破坏形式可分为均匀腐蚀和局部腐蚀两大类。在化工生产中，后者的危害更严重。均匀腐蚀指的是腐蚀发生在金属表面的全部或大部，也称全面腐蚀。多数情况下，金属表面会生成保护性的腐蚀产物膜，使腐蚀变慢。有些金属如钢铁在盐酸中不产生膜而迅速溶解。通常用平均腐蚀率（即材料厚度每年损失若干毫米）作为衡量均匀腐蚀的程度，也作为选材的原则。局部腐蚀指的是腐蚀只发生在金属表面的局部。其危害性比均匀腐蚀严重得多，它约占化工机械腐蚀破坏总数的70%。局部腐蚀又可分为：点腐蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、磨损腐蚀、腐蚀疲劳、选择性腐蚀等。还可按腐蚀环境进行分类：酸腐蚀、碱腐蚀、硫化氢腐蚀、海水腐蚀等。目前七十五页\总数一百零八页\编于二十二点4.4.2气瓶常见的电化学腐蚀类型4.4.2.1点腐蚀表面生成钝化膜而具有耐蚀性的金属和合金，一旦表面膜被局部破坏而露出新鲜表面后，这部分的金属就会发生局部腐蚀。结果是金属表面出现针状或点状，有一定深度的小孔，成为点腐蚀。点腐蚀的机理是在中性溶液中的离子（如Cl-）作用于表面钝化膜，表面膜受破坏因而发生点蚀。组织、夹杂物等金属构造上的不均匀部分已成为点腐蚀源。减少点腐蚀倾向的措施有：1．选择抗点蚀性能的材料，如含钼的不锈钢；2．表面进行酸洗钝化；3．结构设计中要避免死角，尽量使介质不处在静态。4.4.2.2缝隙腐蚀浸在腐蚀介质中的金属构件，在缝隙和其他隐蔽的区域内常发生强烈的局部腐蚀，这种现象称为缝隙腐蚀。这类腐蚀常和孔穴、垫片底面、搭接缝、表面沉积物的缝隙中积存的少量静止溶液有关。不锈钢对缝隙腐蚀特别敏感。关于缝隙腐蚀的原理，一种认为是缝隙内金属离子发生浓缩，在内外离子浓度差所形成的浓差电池作用下，产生缝隙腐蚀。一种认为是由于缝隙内外氧的浓度差引起的氧浓差电池作用。减少缝隙腐蚀倾向的措施同点腐蚀。目前七十六页\总数一百零八页\编于二十二点4.4.2.3电偶腐蚀电偶腐蚀实质上是由两种不同的电极构成的宏观原电池的腐蚀。当两种不同金属浸在导电性的溶液中时，两种金属之间通常存在着电位差，如果这些金属互相接触（或用导线连通），该电位差将使电子在金属间流动。耐蚀性差的金属成为阳极，腐蚀增加，而耐蚀性好的金属则为阴极，腐蚀减轻。这类形态称为电偶腐蚀。在工程技术中，采用不同金属的组合几乎是不可避免的。因此，人们在选择材料时，迫切要求了解某两种金属材料的直接接触，在实际使用中发生电偶腐蚀的程度如何，可进行实验测定或根据电偶序确定。减少电偶腐蚀倾向的措施有：1．尽量选用电位差小的金属组合；2．避免小阳极、大阴极，减缓腐蚀速率；3．用涂料、垫片等使两种金属之间绝缘；4．采用阴极保护法。目前七十七页\总数一百零八页\编于二十二点4.4.2.4应力腐蚀开裂金属在应力和腐蚀介质协同作用下发生的破裂，称为应力腐蚀破裂（SCC）。金属的应力腐蚀开裂往往在应力远低于抗拉强度而介质腐蚀性又很轻微的情况下发生。破裂之前，金属没有显著地变形或其他明显可见的宏观征兆，因此常被忽视而疏于防范，以致酿成恶性破坏事故。应力腐蚀破裂必须具有一定条件才能产生，它包含三个要素：1．敏感的金属。金属的成分、组织和处理状态决定了应力腐蚀敏感性。2．特定的介质环境。对于一定的金属来说，只有在特定的介质环境中才发生应力腐蚀破裂。金属与特定介质形成对破裂敏感的组合。3．处于应力状态下。必须有应力，特别是拉应力分量存在。拉应力越大，则材料断裂所需时间越短。气瓶中会经常遇到应力腐蚀。如，氯离子会引起奥氏体不锈钢气瓶的应力腐蚀破裂。天然气中含有的杂质硫化氢会造成钢瓶的应力腐蚀开裂。目前七十八页\总数一百零八页\编于二十二点4.4.3气瓶常见的化学腐蚀类型化学腐蚀中仅针对气瓶中常发生的酸腐蚀进行介绍。酸腐蚀其性质是一种析氢电化学腐