1、承壓類特種設備基礎知識（力學、金屬學及熱處理、金屬工藝、材料、焊接、無損檢測）第一章 金屬材料及熱處理基本知識0.1：使用性能：（力學性能、物理性能、化學性能）決定了材料的應用范圍，使用的可靠性和使用的壽命0.1.1物理性能1、 重度 重度是物體重量和其體積的比值；金屬的重度即是單位體積金屬的重量，符號用Y表示，計算公式如下：YG/ V (克力厘米3)式中G物體的重量(克力)； V物體的體積(厘米) Y物體的重度(克力厘米3) 一般將重度小于6(克力厘米3)的金屬稱為輕金屬，重度大于6(克力厘米3)的金屬稱為重金屬。 2、熔點 金屬或合金的熔化溫度，稱為熔點。金屬都有固定的熔點。 屬于難熔的金

2、屬有鎢、鉬、鉻、釩等，屬于易熔的金屬有錫、鉛、鋅等。 3、熱膨脹 金屬和合金受熱時，它的體積會增大，冷卻時則收縮。金屬的這種性能稱為熱膨脹性。熱膨脹的大小，用線脹系數或體脹系數來表示。線脹系數的計算公式如下= （L1- L0）/ L0 × 100式中L0膨脹前長度(厘米)L1膨脹后長度(厘米) T一升高的溫度()；線膨脹系數(厘米厘米) 4、導熱性：金屬在加熱或冷卻時能夠傳導熱能的性質稱力導熱性。 為比較金屬的導熱性，設導熱最好的銀的導熱率為l，則銅的導熱率為09，鋁為0.5，鐵為018，汞為002等。 金屬導熱性的具體數值用金屬的導熱系數表示。即規定在每1厘米2的金屬面積上，以每厘

3、米長的金屬在每秒升溫一度時所傳導的熱量卡作標準。導熱系數的單位是卡厘米·秒·導熱性好的金屬散熱也好，在制造散熱器、熱交換器等零件時，就要注意選用導熱性好的金屬。5.導電性 金屬能夠傳導電流的性能，稱為導電性。導電性的好壞，用電阻系數表示，電阻系數越小，導電性就越好。導電性最好的是銀，其次是鋁， 6.磁性 金屬能導磁的性能，稱為磁性。具有導磁能力的金屬都能被磁鐵吸引。如鐵、鎳、鈷等都較高的磁性，也稱為磁性金屬。但對于某些金屬來說，磁性也不是固定不變的，當溫度升高，金屬或合金的磁性會消失，如鐵在770以上就沒有磁性。0.1.2 化學性能：1、耐腐蝕性 金屬材料在常溫下抵抗氧、水

4、蒸汽等介質腐蝕的能力，稱為耐腐蝕性。2、熱安定性：金屬在高溫下對氧化的抵抗能力稱為熱安定性。0.2 工藝性能：對制造成本、生產效率、產品質量有很大的影響。0.2.1、鑄造性：金屬能否用鑄造方法制成優良鑄件的性能，包括金屬的液態流動性，冷卻時的收縮率和偏析傾向等。0.2.2、鍛壓性：金屬能否用鍛壓方法制成優良鍛壓件的性能。鍛壓性一般與材料的塑性及其塑性變形抗力有關。 0.2.3、可焊性：金屬是否容易用一定的焊接方法焊成優良接頭的性能。可焊性好的金屬能獲得沒有裂叛氣孔等缺陷的焊縫，并且焊接接頭具有一定的機械性能。 0.2.4、切削加工性：金屬材料是否易于被刀具切削的性能，稱為切削加工性。 切削加工

5、性能好的金屬對使用的刀具磨損量小，切削用量大，加工表面也比較光潔。 1.1 材料力學基本知識承壓類特種設備材料的力學性能指標主要包括強度、硬度、塑性、韌性等指標。1.1.1 應力和應變1、 外力：從設備外部施加到設備上的力。2、 內力：存在于設備內部，大小和外力相等，方向相反的力。3、應力：物體在外力作用下而變形時，其內部任一截面單位面積上的內力4、應變：物體在外力作用下，其形狀尺寸發生相對變化。5、載荷與變形：當金屬材料受外力作用時，這種外力稱為載荷(或稱負荷、負載)；受外力后形狀改變，稱為變形。載荷因其作用性質不同，可以分為靜載荷、沖擊載荷和交變載荷等。（1）、靜載荷 是指大小不變或變動很

6、慢的載荷。（2）、沖擊載荷 是指突然增加的載荷。（3）、交變載荷 是指大小或方向作周期性變換的載荷。材料受載荷作用后的變形，可分為拉伸、壓縮、剪切、扭轉和彎曲等。圖1-1是金屬材料在不同載荷作用下的變形情況。圖1-2是鉚釘受剪切載荷的情況圖1-1 金屬在受載時的變形分類圖1-2鉚釘受剪切載荷6、四種基本變形形式：(1)拉伸或壓縮：桿受一對大小相等，方向相反的縱向力，力的作用線與桿軸線重合(2)剪切：桿受一對大小相等，方向相反的橫向力，力的作用線靠得很近(3)扭轉：桿受一對大小相等，方向相反的力偶，力偶作用面垂直于桿軸線(4)彎曲：桿受一對大小相等，方向相反的力偶，力偶作用面是包含軸線的縱向面7

7、.其他 （1）應力的種類：剪切應力，彎曲應力和交變應力當承壓類特種設備殼體的形狀發生變化或厚度改變時，會在不連續出及其附近產生剪切應力和彎曲應力在長期交變應力下工作的承壓類特種設備有些會出現疲勞和破壞現象。（2）應力集中的概念在承壓類特種設備中，構件的截面尺寸發生突變，往往是缺陷引起的。這些缺陷統稱為缺口，包括：表面損傷、焊縫咬邊、氣孔、夾渣、未焊透、未熔合、裂紋等。應力集中的嚴重程度和缺口的大小有關。其中以裂紋引起的應力集中最為嚴重。（3）承壓類特種設備的工作壓力試驗表明；對對圓筒形容器來講，環焊縫受力只是縱焊縫的一半，而對球形容器來講由于不存在切向應力，只有經向應力。故在相同壓力和直徑下，

8、球形容器的壁厚比圓筒形容器的壁厚大約可以減少一半。1.1.2 強度：金屬的強度是指金屬抵抗永久變形和斷裂的能力抗拉強度b，屈服強度s 是評價材料強度性能指標的兩個最重要的指標。 1、 拉伸試樣 進行拉伸試驗時，采用如圖1-3所示的拉伸試樣。試樣可分為長短兩種，長試樣Lo/do=10；短試樣Lo/do=5。一般工廠采用的試樣直徑dO=10毫米。 拉伸試樣放在拉伸試驗機上，按規定標準加載，隨著載荷增加，試樣產生伸長變形直至斷裂，鋼的標準拉伸試樣， 2、低碳鋼的拉伸曲線圖低碳鋼的拉伸曲線圖 根據載荷與變形量的相應變化可繪出曲線圖，稱為拉伸曲線圖。拉伸曲線圖 圖1-4為低碳鋼的拉伸曲線吼低碳鋼拉伸時可

9、分為三個階段： 、彈性變形（彈性變形：外力卸去后能夠恢復的變形）階段。當作用在試樣上的裁荷在一定限度之內時，載荷與伸長量成正比例，外力去除后，試樣恢復原來的形狀和尺寸。當載荷超過Pp而不大于Pe時，試樣的伸長不再與外力成正比關系，但還屬于彈性變形階段，即當外力去除后變形立即消失。 、彈性變形塑性變形（塑性變形外力卸去后不能恢復的變形）階段。s點出現的水平線段表示在載荷不變的情況下試樣繼續伸長；即材料喪失了抵抗塑性變形的能力，稱為材料的屈服，發生塑性變形后，由于內部結構變化，產生加工硬化，要使金屬繼續變形，必須再增加載荷，這樣載荷繼續增加，試樣則均勻伸長。達到b點屁開始出現縮頸變形,變形集中在縮

10、頸處。 、塑性變形斷裂階段。由于縮頸出現后截面劇烈減小；試樣不足以抵抗外力的作用，因此在z點發生斷裂。根據拉伸曲線上各種特殊點的外力與原截面的關系，·，可以測定材料的強度指標。3、強度指標：試樣受到外力作用時，在其內部產生大小與外力相等而方向相反的相互作用力，稱為內力。單位截面積上的內力稱為應力，拉伸時的應力用符號表示。 應力的計算為： p / F(公斤力毫米2)式中;應力(公斤力毫米2)； p外力(公斤力)； F橫截面面積(毫米2)。 拉伸曲線上各特殊點出強度計算如下：，抗拉強度b pb / F0 （公斤力毫米2)式中; b應力(公斤力毫米2)； pb外力(公斤力)； F0橫截面面

11、積(毫米2)。+ 承壓設備在選用金屬材料時不允許超過它的抗拉強度/3。 材料的強度極限越高，能承受的應力越大。 比例極限：材料承受外力的作用，載荷與變形成正比時的最大應力，稱為比例極限；計算公式如下p Pp / F0(公斤力毫米2)式中;p比例極限(公斤力毫米2)； Pp試樣受載與變形成正比時能承受的最大載荷(公斤力)外力； F0橫截面面積(毫米2) 、 屈服強度：在載荷不增加的情況下仍能發生明顯塑性變形時的應力計算公式如下 s Ps/ F0（公斤力毫米2）s 屈服強度公斤力毫米2 Ps試樣受載與變形發生明顯塑性變形時的載荷(公斤力)外力； F0橫截面面積(毫米2) 有許多金屬或合金材料，并沒

12、有明顯的屈服現象發生，為表明這些材料的屈服極限，規定以試樣產生伸長量為試樣長度的02%時的應力作為材料的“條件屈服強度，用來0.2表示。 屈服極限是選用金屬材料時非常重要的機械性能。承壓設備材料所受的應力，一般都應小于屈服強度否則就會產生明顯的塑性變形。、許用應力：材料允許使用的最大應力。用表示。、屈服比：是屈服點與抗拉極限強度的之比。1.1.3 塑性塑性是指材料在載荷作用下斷裂前發生不可逆永久變形的能力。伸長率和斷面收縮率是評價材料塑性性能指標的兩個重要的指標。1.延伸率 延伸率是試樣拉斷后標距增長量與原始標距長度之比值的百分率，即= (L1-L0)/L0 X 100% L0試樣的原始標距長

13、度(毫米)； L1試樣拉斷后標距長度(毫米)； 2.斷面收縮率：是試樣斷口面積的縮減量與原截面面積之比值的百分率。即（FoF1）Fo X 100%式中 Fo拉伸前試樣的截面積毫米2) F1試樣斷后細頸處最小截面積(毫米2) 斷面收縮率。 延伸率和斷面收縮率用以衡量材料的塑性，數值越大，表示塑性越好。良好的塑性材料，有利于進行焊接、鍛壓、冷沖和冷拔等成型工藝。3、和是材料的重要性能指標。它們的數值越大，材料的塑性越好。如果材料具有良好的塑性，則可避免材料在壓力加工過程中發生開裂而破壞；而普通鑄鐵的塑性差，因而不能進行壓力加工，只能進行鑄造。同時,由于材料具有一定的塑性，故能保證材料不致因稍有超載

14、而突然斷裂，增加了材料使用的安全可靠性。大小。 4冷彎試驗：（1）彎曲試驗彎曲試驗是焊接接頭力學性能試驗的主要項目彎曲試驗可以考核焊接接頭的主要項目包括：焊縫和熱影響區的塑性、內部缺陷、焊縫的致密性、焊接接頭不同區域協調變形能力。用冷彎試驗衡量材料在室溫時的塑性。試驗時，試樣在規定的冷彎條件下彎到規定的角度，一般根據試樣彎曲表面有無裂紋或折斷等破壞情況來評定材料的質量。冷彎條件依材料及試樣的厚度不同而異，在材料的有關技術標準中加以規定。因此，冷彎試驗的目的僅為在一定的彎曲條件下比較材料的塑性。圖5為鋼板的冷彎性能試驗。 圖1-5 180·冷彎試驗 彎心直徑越大，冷塑性變形的能力愈差；

15、彎心直徑越小塑性越好。下面舉例說明強度、塑性的計算方法。例題：有一根鋼試棒，原始長度100毫米，直徑10毫米。作拉伸試驗時，載荷增加至2669公斤力時開始出現屈服現象；載荷達4710公斤力時，試樣被拉斷。結果測得在變形后長度是116毫米，細頸處直徑是7.75毫米。 試求鋼試樣的屈服強度、抗拉強度、延伸率和斷面收縮率。 解 ：(1)求試樣的截面積（2）求屈服強度(3) 求抗拉強度(4) 求延伸率(5) 求斷面收縮率先求收縮細頸面積1.1.4硬度: 金屬材料抵抗其他更硬物體壓入表面的能力稱為硬度，是衡量材料軟硬程度的判據，它表征材料抵抗表面局部彈性變形、塑性變形或抵抗破壞的能力。材料的硬度越高，其

16、耐磨性越好。1、布氏硬度： 圖16 布氏硬度測定過程示意圖式中P壓力載荷(公斤力)，F壓痕面積(毫米)； HB布氏硬度值。 壓痕面積的計算如下：圖1-8是布氏硬度試驗機的結構原理示意圖。圖1-8布氏硬度試驗機結構原理圖布氏硬度與強度也有著如下的近似關系： b = 036HB(低碳鋼) 它隨著不同金屬材料以及熱處理情況而有所不同。低碳鋼036，高碳鋼034，調質合金鋼o325.布氏硬度試驗的優缺點：優點是測定的數據準確、穩定、數據重復性強，常用于測定退火、正火、調質鋼、鑄鐵及有色金屬的硬度。 缺點是對不同材料需要更換壓頭和改變載荷，且壓痕較大，壓痕直徑的測量也較麻煩，易損壞成品的表面，故不宜在成

17、品上進行試驗。2、洛氏硬度：（HR）測試當被測樣品過小或者布氏硬度（HB）大于450時，就改用洛氏硬度計量。試驗方法是用一個頂角為120度的金剛石圓錐體或直徑為1.59mm/3.18mm的鋼球，在一定載荷下壓入被測材料表面，由壓痕深度求出材料的硬度。根據實驗材料硬度的不同，可分為三種不同標度來表示： HRA 是采用60Kg載荷和鉆石錐壓入器求的硬度，用于硬度極高的材料。例如：硬質合金。 HRB 是采用100Kg載荷和直徑1.58mm淬硬的鋼球求得的硬度，用于硬度較低的材料。例如：退火鋼、 鑄鐵等。 HRC 是采用150Kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度很高的材料。例如：淬火鋼等洛氏硬度

18、是用壓痕深度作為洛氏硬度值的計量即，符號用HR表示，其計算公式為： 式中：C-常數 一般取0.2 h-壓痕深度洛氏硬度試驗的優缺點：優點是操作迅速、簡便，硬度值可從表盤上直接讀出；壓痕較小，可在工件表面試驗；可測量較薄工件的硬度，因而廣泛用于熱處理質量的檢驗。 缺點是精確性較低，硬度值重復性差、分散度大，通常需要在材料的不同部位測試數次，取其平均值來代表材料的硬度。此外，用不同標尺測得的硬度值彼此之間沒有聯系，也不能直接進行比較。 1.1.5 沖擊韌性：沖擊韌性是指材料在外加沖擊載荷作用下斷裂時消耗能量大小的特性沖擊韌性是對材料的化學成分、冶金質量、組織狀態內部缺陷以及試驗溫度等比較敏感的一個

19、質量指標。沖擊韌性指標用 AK表示，試樣缺口的形式有U型和V型兩種。 沖擊試驗示意圖1一擺錘 2一試樣 3一機架 L指針：5；刻度盤試驗時把標準試樣安放在試驗機的兩支點中間，使試樣的缺口背向的沖擊方向，然后把擺錘抬到一定高度H ，擺錘由高處落下將試樣擊斷，并自由回升到高度h，根據，擺錘的重量和沖擊前后的高度差可以計算出沖斷試樣消耗的功；計算公式如下: k= G(H- h)/F 式中 H沖擊前擺錘上升高度(米) h沖斷試樣后擺錘上升高度(米) G-擺錘重量(公斤力)F試樣的橫截面積 2、 脆性轉變溫度 沖擊韌性與試驗溫度有關，有些材料在室溫20左右試驗時，并不顯示脆性，而在，比較低的溫度（低碳鋼

20、在45）下可能會發生低溫脆性斷裂，材料由塑性狀態轉變為脆性狀態的溫度叫做“脆性轉變溫度”。3、鋼材的脆化.冷脆化；金屬材料在低溫下呈現的脆性稱為冷脆性。.熱脆性；鋼材長時間停留在400500后再冷卻到室溫，沖擊韌度值會有明顯下降，這種現象稱之為鋼材的熱脆性。.氫脆；鋼中的氫會使材料的力學性能脆化，這種現象稱為氫脆。鋼中的氫主要來源三個方. 冶煉過程中溶解在鋼水中的氫. 焊接過程中由于水或油污在高溫下分解出來的氫溶解在鋼材中.工作介質中的氫進入鋼中。氫致斷裂只發生在-1001500C的溫度范圍內。.苛性脆化；苛性脆化一般都發生在受壓元件的鉚接和漲接處。.應力腐蝕脆性斷裂；由于拉應力與介質腐蝕聯合

21、作用引起的低應力脆性斷裂叫做應力腐蝕。應力腐蝕產生的必要條件：.元件承受拉應力的作用.具有與材料種類相匹配的特定腐蝕介質環境.材料對應力腐蝕的敏感程度。對鋼材而言應力腐蝕的敏感性與的成分、組織及熱處理情況有關。 1.1.6 疲勞：在交變載荷的作用下材料發生破裂的現象叫做疲勞。 金屬材料在無數次重復的交變載荷作用下，而不致破裂的最大應力，稱為疲勞強度，或稱疲勞極限。金屬材料的疲勞強度，與其化學成分、表面狀態、組織結構、夾雜物多少、分布情況以及應力分布等有一定關系。若零件表面進行熱處理、強化處理，或零件表面精細加工和避免斷面的急劇改變，都能提高零件的疲勞強度。一般鋼鐵的彎曲疲勞強度值只有抗拉強度的

22、一半左右。1.1.7 承壓類特種設備的工作壓力：對對圓筒形容器來講，環焊縫受力只是縱焊縫的一半，而對球形容器來講由于不存在切向應力，只有經向應力。故在相同壓力和直徑下，球形容器的壁厚比圓筒形容器的壁厚大約可以減少一半。1.2 金屬學與熱處理基本知識1.2.1金屬的晶體結構 常見的晶體結構：1.體心立方晶格2.面心立方晶格3.密排六方晶格1、純金屬的結構、體心立方晶格：晶胞是一個立方體，立方體的八個頂角和立方體中心各有一個原子。、面心立方晶格 ：晶胞是一個立方體，立方體的八個頂角和六個面中心各有一個原子。 、密排六方晶格：晶胞是一個正六棱柱體，在柱體的各個角和上下底面中央各有一個原子，在頂面和底

23、面的中間還有三個原子。 2、金屬的實際晶體結構 1）晶體結構 晶體內部的晶格位向（即原子排列方向）完全一致的晶體稱為單晶體。 由許多小晶體組成的晶體稱為多晶體，這些小晶體稱為晶粒。晶粒與晶粒之間的界面稱為晶界。 2）晶粒度：晶粒度可用晶粒的平均面積或平均直徑表示。工業生產上采用晶粒度等級來表示晶粒大小。標準晶粒度共分8級，1-4級為粗晶粒，5-8級為細晶粒。 一般晶粒度越大，也就是越細越好，8級的晶粒直徑大約0.02mm二、純金屬的結晶1、純金屬的冷卻曲線和過冷現象 金屬由液態轉變為固態晶體的過程稱為結晶。純金屬的結晶是在固定的溫度下進行的右圖為純金屬的冷卻曲線。理論結晶溫度：t0實際結晶溫度

24、：t1 過冷度：tt0t1。過冷是金屬結晶的必要條件。2、結晶過程1.2.2 鐵碳合金的基本組織通常把鋼和鑄鐵統稱為鐵碳合金。一般把含碳量0.02 2的稱為鋼，把含碳量大于2的稱為鑄鐵。含碳量對鋼鐵的性質有決定性的影響，所以可以通過鐵碳合金狀態圖來研究鐵碳的有關特性。 1、 鐵碳合金的基本組織 （1）、鐵素體（F或） 鐵素體是碳溶于-Fe中所形成的間隙固溶體，體心立方晶格。碳在-Fe中的溶解度很小，727時0.0218%；室溫時為0.0008%,幾乎為零。其強度和硬度很低，塑性、韌性好。顯微組織是明亮的多邊形晶粒（2）、奧氏體（A或） 奧氏體是碳溶于-Fe中所形成的間隙固溶體，面心立方晶格。碳

25、在-Fe中的溶碳量較高，1148時2.11%；1148時為0.77%。其強度和硬度比鐵素體高，塑性、韌性也好。其晶粒呈多邊形，晶界較鐵素體平直。（3）、滲碳體（Fe3C）滲碳體是鐵與碳形成的金屬化合物，碳含量是6.69，具有復雜的晶體結構。其硬度很高，塑性和韌性很差，、Ak接近于零，脆性很大。（4）、珠光體（P） 奧珠光體是由鐵素體和滲碳體組成的機械混合物。是奧氏體冷卻時，在727恒溫下發生共析轉變的產物。顯微組織是鐵素體與滲碳體片層狀交替排列。性能介于鐵素體和滲碳體之間，強度較高，硬度適中，有一定的塑性。（5）、萊氏體（Ld或Ld'） 萊氏體是由奧氏體和滲碳體組成的機械混合物。是在1

26、148恒溫下發生共晶轉變的產物，平均碳含量4.3%。含碳量為0.77鐵碳合金只發生共析轉變，其組織為100的珠光體。稱為共析鋼。共析：是指具有共析成分的單一母相在一定條件下分解生成兩個或多個結構與成分不同的新相的過程含碳量大于0.77鐵碳合金稱為過共析鋼。其組織是珠光體P滲碳體Fe3C0 含碳量小于0.77鐵碳合金稱為亞共析鋼。其組織是鐵素體F珠光體P2、鐵碳合金狀態圖：鐵碳合金狀態圖是表示在極緩慢加熱(或極緩慢冷卻)情況下，不同成分的鐵碳合金在不同溫度時所具有的狀態或組織的圖形。 一、鐵碳合金狀態圖 二、鐵碳合金狀態圖分析 1、主要特性點 1）A點：純鐵的熔點，溫度1538,Wc=02）G點

27、：純鐵的同素異晶轉變點，冷卻到912時,發生-F-Fe 3）Q點：600時,碳在-Fe中的溶解度,Wc=0.0057%4）D點：滲碳體熔點,溫度1227,Wc=6.69%5）C點：共晶點，溫度1148，Wc=4.3%，成分為C的液相，冷卻到此溫度時，發生共晶反應：LcLd（AE+Fe3C）6）E點：碳在-Fe中的最大溶解度,溫度1148，Wc=2.11%7）S點：共析點，溫度727，Wc=0.77%，成分為S點的奧氏體，冷卻到此溫度時，發生共析反應：AsP（Fp+Fe3C）8）P點：碳在-Fe中的最大溶解度,溫度727，Wc=0.0218%2、特性線 1）ACD線 ：液相線，由各成分合金開始結

28、晶溫度點所組成的線，鐵碳合金在此線以上處于液相。2）AECF線：固相線，由各成分合金結晶結束溫度點所組成的線。在此線以下，合金完成結晶，全部變為固體狀態。3）ECF水平線：共晶線，Wc2.11%的鐵碳合金，緩冷至該線（1148）時，均發生共晶轉變，生成萊氏體。4）ES線：碳在奧氏體中的溶解度曲線，通常稱為Acm線。碳在奧氏體中最大溶解度是E點（wC2.11），隨著溫度的降低，碳在奧氏體中的溶解度減小，將由奧氏體中析出二次滲碳體Fe3C5）GS線：奧氏體冷卻時開始向鐵素體轉變的溫度線，通常稱為A3線。6）PSK水平線：共析線，通常稱為A1線。奧氏體冷卻到共析線溫度（727）時，將發生共析轉變生成

29、珠光體（P），wC0.0218%的鐵碳合金均會發生共析轉變。7）GP線：0Wc0.0218%的鐵碳合金，緩冷時，由奧氏體中析出鐵素體的終了線。8）PQ線：碳在鐵素體中的溶解度曲線。在727時，Wc=0.0218%，溶碳量最大，在600時，Wc=0.0057%。 在727緩冷時，鐵素體隨著溫度降低，溶碳量減少，鐵素體中多余的碳將以滲碳體（三次滲碳體Fe3C）的形式析出。一般情況下，忽略Fe3C的存在。9）、以上各特性線的含義，均是指合金緩慢冷卻過程中的相變。若是加熱過程，則相反。 3、相區 1）單相區：有F、A、L和Fe3C四個單相區2）兩相區：五個兩相區：LA兩相區、L+Fe3C兩相區、A+F

30、e3C兩相區、AF兩相區、F+Fe3C兩相區3）三相區：ECF共晶線是液相、奧氏體、滲碳體的三相共存線（L、A、Fe3C）PSK共析線是奧氏體、鐵素體、滲碳體的三相共存線（A、F、Fe3C）4、鐵碳合金的分類 1）工業純鐵：C 0.022）鋼: 0.02 C 2.0 3) 鑄鐵：2.0 C 6.69 5、含碳量與力學性能間的關系 強度：當Wc<0.9時，隨著Wc增加，不斷提高；當Wc>0.9時，由于滲碳體在晶界呈網狀分布，使鋼的強度下降。硬度：隨Wc的增加而提高。 塑性：隨Wc的增加而迅速降低。 1.2.3 熱處理一般過程熱處理的工藝過程是由加熱、保溫、冷卻三個過程組成的，其中溫度

31、和時間是影響熱處理的主要因素。簡要敘述鋼在熱處理過程中的組織變化（1）加熱時的轉變奧氏體A的形成（2）冷卻時的轉變奧氏體A的分解1.2.4承壓類特種設備用鋼常見的金相組織和性能承壓類特種設備用鋼常見的金相組織中有：1.奧氏體 2.鐵素體 3.滲碳體 4.珠光體 5.馬氏體 6.貝氏體 7.魏氏組織 8.帶狀組織1.2.5 承壓類特種設備常用的熱處理工藝1.退火；將鋼試件加熱到適當溫度，保溫一定時間緩冷。以獲得接近平衡狀態的組織。目的：（1）降低硬度、改善切削加工性能、消除內應力。（2）消除應力退火：主要是指焊后熱處理，主要目的是消除焊接過程中產生的內應力及冷作硬化。2.正火；將工件加熱到Ac3

32、或Acm以上30500C，保持一定的時間在空氣中冷卻的熱處理工藝。目的：和退火的目的相同。所不同之處在于冷卻的速度3.淬火；將鋼加熱到臨界溫度以上，經適當的保溫后快冷，使奧氏體轉變成馬氏體的過程。1.3承壓類特種設備常用材料承壓類特種設備是在承壓狀態下運行，材料要承受較大的工作壓力，有些還要同時承受高溫和介質腐蝕，工作條件十分惡劣，如果在使用過程中發生破壞性事故，將會造成嚴重損失，因此對制作承壓類特種設備的材料有一定的要求這些要求主要包括：1.為保證安全性和經濟性，所用材料應有足夠的強度，即較高的屈服極限和強度極限。2.為保證在承受外加載荷 時不發生脆性破壞，所用材料應有良好的韌性。3.所用材

33、料應有良好的加工工藝性能，包括冷熱加工性能和焊接性能。4.所用材料應有良好的低倍組織和表面質量。5.用以制造高溫受壓元件的材料應具有良好的耐高溫性6.與腐蝕介質接觸的材料應具有良好的抗腐蝕性能。1.3.1鋼的分類1、按含碳量的分類 1）.低碳鋼(C025)； 2）中碳鋼(C0。25-060)： 3）高碳鋼(C060)。2、按鋼的質量分類，碳鋼可分為：1）普通質量碳鋼（Ws0.045%、Wp0.045%）不需要特別控制質量的鋼種，包括一般碳素結構鋼、碳素鋼筋鋼、鐵道用一般碳素鋼等。2）優質碳鋼需要特別嚴格控制質量的碳鋼。主要包括：機械結構用優質碳鋼、工程結構用優質碳鋼、沖壓薄板的低碳結構鋼、鍋爐

34、和壓力容器用碳鋼、優質鑄造碳鋼等。3）鋼按冶煉時脫氧方法不同，分為沸騰鋼、鎮靜鋼和半鎮靜鋼等4） 質量等級有：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%。脫氧方法有F（沸騰鋼）、b（半鎮靜鋼）、Z（鎮靜鋼）、TZ（特殊鎮靜鋼）四種，通常Z和TZ可省略。例：Q235AF。3.按鋼的用途分類：1）結構鋼：主要用于制造各種工程構件和機器零件。一般屬于低碳鋼和中碳鋼。牌號：由代表屈服點的字母Q、屈服點數值、質量等級符號、脫氧方法符號四部分順序組成。2)、優質碳素結構鋼 牌號：用兩

35、位數字表示鋼平均含碳量的萬分數。例：45鋼。3）、專用鋼;鍋爐與壓力容器常用碳素鋼承壓元件主要使用低碳鋼，因為塑性、韌性、加工工藝性和可焊性好（1） 優質碳素結構鋼：A3g A3R 15g 20g，沖擊韌性好，金屬表面和內部缺陷少 (2)低合金鋼是在碳素鋼的基礎上加入少量Si,Mn,Cu,Ti,V,Nb,P等合金元素構成的，它的含碳量較低，多數小于0.2%。其組織多數仍為F+P。由于少量合金元素的加入可以大大提高鋼材的強度，并改善了鋼材的耐腐蝕性等性能。16 MnR、13MnNiMoNbR、16 Mng1.3.2 低碳鋼1、低碳鋼是鍋爐常用的鋼材，碳是碳素鋼中的主要合金元素，含碳量增加，鋼的強

36、度增大，但塑性和韌性降低，焊接性能變差，因此制作焊接結構的鍋爐和壓力容器所使用的碳素鋼，含碳量一般不超過0.25。此外鋼中還含有其他少量的元素；錳、硅、硫、磷、氮等，鍋爐用鋼的含磷量不應大于0.032、常存雜質元素對碳鋼性能的影響 1）、錳的影響： 改善鋼的質量；提高鋼的強度和硬度；減輕硫的危害；是有益元素，一般WMn0.25%0.80%。2）、硅的影響：消除FeO對鋼的不良影響；產生固溶強化；是鋼中有益元素，一般Wsi0.4%。3）、磷的影響：使鋼的強度、硬度增加，但塑性和韌性顯著降低；使鋼低溫時脆性嚴重（冷脆）；是有害元素，應嚴格控制磷含量。4）、硫的影響： 與鐵形成化合物FeS，使鋼變脆

37、（熱脆）；是鋼中有害元素，應嚴格控制硫含量。1.3.3 低合金鋼承壓類特種設備常用的低合金鋼包括低合金結構鋼、低溫鋼、耐熱鋼。低合金鋼中通常添加的元素有錳、硅、鉻、鎳、鉬、釩、硼和稀土元素。1.低合金結構鋼低合金結構鋼又稱為低合金高強度鋼，這類鋼既有較高的強度，又有較好的塑性和韌性，使用低合金鋼代替碳素鋼，在相同的條件下，重量可以減少20 30另外 價格低，冷、熱成型及焊接性能較好，因此在鍋爐壓力容器制造中廣泛應用。2.低合金耐熱鋼當工作溫度在4006000C時所使用的鋼稱之為低合金耐熱鋼。（鉬鋼、鉻鉬鋼、鉻鉬釩鋼）1.3 復習題一、名詞解釋二、判斷三、選擇四填空五、問答第二章 焊接基本知識2

38、.1 承壓類特種設備常用的焊接方法 2.0.1 焊接的定義和特點1.定義：通過加熱或加壓，或者兩者并用，并且用或不用填充材料，是工件達到結合的一種方法。GB/T3375-94焊接術語金屬焊接：通過適當手段，使兩個分離的金屬物體（同種金屬或異種金屬）產生原子（或分子）間的結合而連接成一體的連接方法。2.焊接的優點（1）節省材料，減輕結構重量，經濟性好（2）簡化加工與裝配工序，生產周期短，生產效率高（3）接頭強度高，密封性好（4）結構設計的靈活性大，可實現材料的優化組合（5）利用拼焊可大大突破鑄造和鍛壓的能力（6）焊接工藝容易實現機械化和自動化3. 焊接的缺點（1）容易產生較大的焊接變形和殘余應力

39、（2）容易產生焊接缺陷（3）焊接接頭與母材存在較大的組織不均勻，由此引起的性能不均勻。（4）焊接環境對人體有一定的危害， 強光、高溫、有毒氣體等。2.0.2 焊接方法分類1、 熔焊 接頭處局部熔化，然后再冷卻結晶成一體的方法。2. 壓焊 利用摩擦、擴散和加壓等物理作用，克服兩個表面的不平度，除去氧化膜及污染物，使兩個連接表面的原子相互接近到晶格距離，從而在固態條件下實現的連接成為固相焊接，由于固相焊接時通常加壓，因此稱壓焊。3. 釬焊：采用熔點比較低的金屬材料作為釬料，將焊件和釬料加熱至高于釬料熔點，但低于母材熔點的溫度，利用毛細作用使液態釬料潤濕母材，填充接頭間隙，并與母材相互擴散連接焊件的

40、方法，稱為釬焊。軟釬焊 <450釬料（鉛、錫合金為主）-強度較低硬釬焊 > 450釬料（銅、銀、鎳合金為主）-強度較高鍋爐壓力容器主要采用熔化焊。焊接占制造工作量的30%以上。焊接質量影響鍋爐壓力容器的產品質量和安全可靠性2.1.1手工電弧焊：是通過高溫下熔化金屬與熔渣間的冶金反應，還原并凈化焊縫金屬，從而得到優質的焊縫。其特點是：設備簡單、便于操作、適用于室內外各種位置的焊接。 1. 手工電弧焊的特點 、定義：手工電弧焊是利用電弧放電時產生的熱量熔化焊條和焊件，從而獲得牢固接頭的焊接過程。、焊接電弧的組成、優點：工藝靈活，適應性強，特別適于鍋爐壓力容器內件、接管、補強、支座等部位

41、焊接及球罐和繞帶容器焊接。、缺點：勞動強度大、生產效率低、依賴于工人的技術水平2. 手工電弧焊設備、交流電焊機： 20V交流電變為低電壓，大電流的電源電焊機、旋轉直流電焊機： 交流電使電動機旋轉，帶動發電機電樞旋轉發出直流電供焊接使用。、硅整流直流電焊機：將工頻交流電整流為直流電的手工電焊設備。、鍋爐壓力容器焊接：采用低氫型焊條，直流反接 （焊條接正極，工件接負極）3. 手工電弧焊焊條（1）焊芯：作為電極產生電弧、作為熔化金屬，形成焊縫。(2)、牌號： 一律用漢語拼音的H開頭 后面緊跟鋼號 末尾-A 高級優質焊絲 硫磷含量0.030% -E 特級焊條鋼 硫磷含量0.020% -C 特級焊條鋼

42、硫磷含量0.015%（3）藥皮作用： 、提高電弧燃燒的穩定性、防止空氣對熔化金屬的不良作用、保證焊縫金屬的脫氧作用、加入合金元素提高焊縫金屬的機械性能、提高焊接生產率（4）焊條的種類 、堿性焊條（熔渣堿度>1.5）：含有CaCO3 、CaF2、CaSiO3、MgCO3等堿性氧化物。渣流動性好，抗裂性能好，沖擊韌性較高。廣泛用于鍋爐壓力容器制造。對銹、油水敏感，易產生焊接缺陷。一般只用直流焊接。、酸性焊條 （熔渣堿度<1.5）：少量有機物。工藝性能好，成型美觀，對銹、油水敏感度小，抗排氣能力強焊縫抗裂性差，焊縫力學性能較低，一般用于結構焊接。（5）焊條的編號4. 手工電弧焊的焊接規范

43、（1）焊接電流：焊接電流取決于焊條直徑和焊縫位置。電流大易出現咬邊、燒穿等，焊接電流小，容易出現未焊透、夾渣。（2）電弧電壓：電弧長電壓高，熔化寬度大。一般20-25伏（3）焊條直徑：一般用3-5mm 直徑焊條，工件厚度大于12mm，可用4-6mm直徑焊條，但必須用直徑小于3.2 mm的焊條打底。（4）焊接速度： 通常不超過10m/h（5）焊接層數 一般是工件厚度與焊條直徑比值的整數倍。5. 手工電弧焊的焊接位置及特點（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縫。立焊時，由于焊條的熔淌和熔池內金屬容易下流所以操作較困難。（3）橫焊 橫焊是焊接在垂宣平面上水平方向

44、的焊縫。橫焊時，熔化金屬由于重力作用，容易下流而產生咬口、焊瘤及未焊透等缺陷。因此，應采用短電弧，小直徑的焊條以及適當的焊接電流利運條方法。（4）仰焊 仰焊時，必須保持最短的電弧長度，以使熔滴在很短的時間內，從焊條末端過渡到熔池中去。 為減少焊接熔池的面況使焊縫容易成形，則焊條直徑和焊接電流要比平焊時小。仰焊時所用的焊條宜徑要視被口形狀而定，一般為32或4毫米。若焊條直徑較大則熔池面積過大，容易造成熔化金屬向下垂落的情況。2.1.2 埋弧自動焊 焊絲I末端和焊件7之間產生電弧2后，電弧的輻射熱使焊絲末端周圍的焊劑5熔化，有部分被蒸發，焊劑蒸氣將電弧周圍的熔化焊劑熔渣4排開，形成一個封閉空間使電

45、弧與外界空氣陌絕，電弧在此空間內繼續燃燒焊絲便不斷熔化，并以滴狀落下，與焊件被熔化的液態金屬混合形成焊接熔池3。隨著焊接過程的進行電弧向前移動，焊接熔池也隨之冷卻而凝固，形成焊縫6。比重較輕的熔渣浮在熔池的表面，冷卻后成為渣殼8埋弧自動焊的優點（1）生產率高 5-10倍（2）焊縫質量好（3）節省焊接材料和電能（4）焊件變形小（5）改善了勞動條件埋弧自動焊焊接規范（1）焊接電流當其他參數保持不變時，隨著焊接電流的增加，熔池底部的液態金屬被排出的作用加強，電弧便直接加熱熔池底部的未熔化金屬，使熔深成正比增加。2.1.3 氬弧焊氬弧焊是用惰性氣體氬氣作為保護氣體的一種電弧焊接方法。氬弧焊的優缺點；1

46、、優點:（1）適用焊接各種鋼材、有色金屬及合金，焊接質量優良，（2）便于實現全位置自動化焊接。（3）焊接速度快，熱影響區小，工件變形小（4）電弧穩定，飛濺少，焊縫致密，成型美觀。2、缺點：成本高，設備控制系統復雜，生產效率低，只能用于薄工件。2.1.4 二氧氣體保護焊；2.1.5 等離子焊;2.1.6 電渣焊: （略）2.2 焊接接頭2.2.1焊接接頭的形式焊接接頭的形式一般由被焊接金屬件的相互結構和位置來決定的，通常的接頭形式有:對接接頭、搭接接頭、角接接頭、T形接頭四種。1、 對接接頭 將兩金屬件置于同一平面或曲面內使其邊緣相對，沿邊緣直線或曲線進行焊接的接頭，稱對接接頭。、對接接頭是最常

47、見和最合理的接頭形式， 如筒體接頭、封頭拼接接頭、封頭與筒體接頭等。、對接接頭處結構基本是連續的，應力分布也比較均勻。接頭余高過高或過低都會引起應力集中。、對接接頭余高一般不會超過3mm。、按每種接頭的形式不同又有不同形式的坡口，焊接坡口形式指兩金屬連接處預先被加工成 的結構形式，一般由焊接工藝決定，坡口的形式的選擇要考慮以下因素：.保證焊透 .充填焊縫部位的金屬要盡量少 .便于施焊，改善勞動條件，對圓筒形構件盡量減少內焊接 、應盡量減少焊接變形量。2. 搭接接頭：兩塊板料相疊，在端部或側面角焊的接頭，稱為搭接接頭，屬于角焊縫，結構并不連續，應力集中比較大。常用于立式金屬儲罐的罐壁和罐底板的焊

48、接。3. 角接接頭： 兩構件成直角或一定角度，而在其連接邊緣焊接的接頭，稱為角接接頭。常用于鍋爐壓力容器接管、法蘭、夾套、管板、管子、凸緣等4. T字接頭：兩構件成T字形焊在一起的接頭，稱為T字接頭2.2.2 焊接接頭的組成焊接接頭包括；焊縫、熔合區和熱影響區三部分。焊接接頭示意圖焊接熱影響區是焊接過程中，材料因受熱的影響而發生金相組織和機械性能變化的區域，熱影響區的寬度與焊接方法、線能量、板厚及焊接工藝有關。2.2.3 焊接接頭的組織和性能焊縫金屆是由熔池的液態金屬凝因而成，熔池從高溫冷卻到常溫，通常要經過兩次組織變化。第一次是從液態轉變為固態(即奧氏體)時的結晶過程，稱為一次結晶；第二次是

49、當焊縫金屬溫度低于相變時發生的組織轉變，稱為焊縫的二次結晶。常溫下焊縫組織是二次結晶。1、熔池冷卻速度大。2、熔池中液體金屬處于過熱狀態。3、熔池中心和邊緣的溫度梯度大。4、熔池是在運動狀態下結晶，帶有周期性。5、一次結晶過程中，由于冷卻速度快，焊縫金屬元素來不及擴散，會產生化學成分分布不均勻的現象，這種現象稱為偏析。6、焊接接頭的薄弱部位不在焊縫，而在熔合區和熱影響區。7、焊縫余高并不能增加整個焊接接頭的強度。余高的存在導致結構不連續，產生應力集中，使疲勞強度下降。2.3 焊接應力與變形焊接應力與變形往往使焊接產品質量下降，焊縫中裂紋的產生與焊接應力有著密切的關系，殘余應力大的部位會發生應力

50、腐蝕和疲勞裂紋。2.3.1焊接應力和變形的概念我們所說的焊接應力和變形就是指焊接的殘余內應力和焊接的殘余變形。1.焊接應力的分類；（1）熱應力（2）組織應力(3)瞬時應力（4）殘余應力2.焊接變形的分類由于焊接接頭型式不同，工件的厚度、焊縫的長度不同，焊縫會出現不同形式的變形，大體可以分為：縱向變形、橫向變形、彎曲變形、角變形等多種形式。2.3.2 焊接變形和應力的形成焊接變形和應力是由于多種因素同時作用造成的，其中最主要的因素有：焊件上的溫度分布不均勻、熔敷金屬的收縮、焊接接頭金屬組織的轉變及工件剛性約束等。2.3.3 焊接應力的控制 措施焊接件內應力是不可避免的，但是可以根據其產生的機理和

51、規律找出一些措施控制它，使危害減少到最小。控制內應力的主要工藝措施是1.合理的裝配與焊接順序2.焊前予熱2.3.4 消除焊接應力的方法；（1）熱處理法（2）機械法（3）振動法2.4 承壓類特種設備常用鋼材的焊接2.4.1鋼材的焊接性1.焊接性的含義工藝焊接性；指焊接接頭出現裂紋的可能性（抗裂性）使用焊接性；指焊接接頭在使用中的可靠性（耐熱性、耐腐蝕性、塑性、韌性、硬度等）2.焊接性的估算鋼材的焊接性能主要取決鋼材的化學成分，特別是碳對焊接的影響最大，所以在工程上以碳當量進行估算。3.焊接性試驗焊接性試驗主要包括以下內容；(1)焊接接頭的抗熱裂紋能力(2)焊接接頭的抗冷裂紋能力(3)焊接接頭的抗

52、脆性轉變能力(4)焊接接頭的使用性能（如耐腐蝕性、耐熱性、低溫韌性等)4.焊接工藝評定焊接工藝評定是在鋼材焊接性能試驗的基礎上，結合承壓類特種設備特點，技術條件，在制造單位具體條件下進行的焊接工藝驗證試驗，它的作用是評定施焊單位制定的焊接作業指導書是否正確，施焊單位能否焊出合格的產品。2.4.2 控制焊接質量的工藝措施承壓類特種設備使用最多的是低合金高強鋼，低合金高強鋼的焊接最重要的原則是避免淬硬組織和控制冷裂紋。控制焊接質量的工藝措施的主要內容有；1.予熱；預熱的溫度一般在502500 C 之間，預熱溫度與施焊時的環境溫度、鋼種的強度級別、坡口形式、焊接材料的類型，金屬的含氫量有關。2.焊接

53、能量參數；焊接能量參數是指焊接電流、電弧電壓、焊接速度。3.多層多道焊4.緊急后熱5.焊條烘烤和坡口清潔2.4.3 低碳鋼的焊接1.低碳鋼的焊接性（1）低碳鋼一般塑性較好，沒有淬硬傾向，對焊接加熱和冷卻不敏感，焊縫和熱影響區不容易產生裂紋。（2）一般焊前不需要預熱（3）雜質少，偏析很小（4）但工藝選擇不當，熱影響區的晶粒會長大（5）可采用交、直流電源，工藝簡單。2.低碳鋼焊接的工藝措施低碳鋼焊接一般不需要預熱，焊后也無需進行熱處理。但當厚度特別大時，焊后需要回火處理。在低溫焊接時需要預熱，電渣焊后必須進行正火處理。2.4.4 低合金鋼的焊接1.低合金鋼的焊接特點（1）熱影響區的淬硬傾向比較大（

54、2）容易出現冷裂紋2.產生冷裂紋的主要原因；（1）焊縫和熱影響區的氫含量（2）熱影響區的淬硬程度（3）焊接接頭的剛度所決定的焊接應力大小2.4.5 奧氏體不銹鋼的焊接1.奧氏體不銹鋼的焊接性奧氏體不銹鋼的焊接性較好，焊接時一般不需要采取特殊的工藝措施，但當焊接工藝選擇不當時，容易出現晶間腐蝕及裂紋。2.奧氏體不銹鋼的焊接時，防止或減少晶間腐蝕的主要措施；（1）使焊縫形成雙相組織（2）嚴格控制含碳量（3）添加穩定劑（4）焊后熱處理（5）采用正確的焊接工藝3.奧氏體不銹鋼的焊接時，防止產生熱裂紋的主要措施；(1)在焊縫中加入形成鐵素體的元素(2)減少母材和焊縫的含碳量(3)嚴格控制焊接規范1.酸性焊條、堿性焊