32加工工藝對材料性能的影響

1、3. 壓力容器用材以及環(huán)境和 時間對其資料性能的影響3.2 壓力容器制造工藝對鋼材性能的影響MATERIALS FOR PRESSURE VESSELS AND INFLUENCES OF ENVIRORMENT AND TIME ON PROPERTIES OF THESE MATERIALS.壓力容器制造冷、熱加工焊接組對熱處置必要時.3.2.1 塑性變形資料在載荷下的變形彈性變形塑性變形或永久變形加工：使資料或物體發(fā)生變形加工：使物體或資料發(fā)生預(yù)定的永久性變形的行為。.一、應(yīng)變硬化二、熱加工和冷加工中的性能變化三、各向異性四、應(yīng)變時效資料在塑性變形中內(nèi)部性能的變化：.一、應(yīng)變硬化見應(yīng)力-

2、應(yīng)變曲線圖 從該曲線可以看到，從d 卸載后，dg表示消逝了的彈性變形而od表示不再消逝的塑性變形。卸載后，在短時間內(nèi)再次加載，那么應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系按照dd變化，到了d 以后，按照def變化。到d以前資料都是彈性的，以后才出現(xiàn)塑性變形。相當(dāng)于構(gòu)成了新的資料曲線。比較，可見在第2次加載時，其比例極限提高了，但塑性變形和延伸率卻有所減低，闡明，在常溫下把資料拉伸到塑性變形，然后卸載，當(dāng)再次加載時，將使資料的比例極限提高，而塑性減低。這種景象稱為冷做硬化。加工硬化、應(yīng)變硬化資料力學(xué)冷做硬化經(jīng)退火，可消逝。加工硬化可提高資料的抗變形才干，但塑性降低(難易變形，發(fā)生屈服的應(yīng)力程度更高了)資料屈服后應(yīng)力應(yīng)變曲線

3、呈上升趨勢.熱加工或熱變形:在資料再結(jié)晶溫度以上進(jìn)展的塑性加工熱變形時加工硬化和再結(jié)晶景象同時出現(xiàn)，但加工硬化被再結(jié)晶消除，變形后具有再結(jié)晶組織，因此無加工硬化景象。特點在資料再結(jié)晶溫度以下進(jìn)展的塑性加工冷加工或冷變形:特點冷變形中無再結(jié)晶出現(xiàn)，因此有加工硬化景象。由于冷變形時有加工硬化景象，塑性降低，每次的冷變形程度不宜過大，否那么，變形金屬將產(chǎn)生斷裂破壞。 二、冷加工和熱加工從金屬學(xué)的觀念來區(qū)分，冷、熱加工的分界限是金屬的再結(jié)晶溫度。.鋼板沖壓成各種封頭后，由于塑性變形，厚度會發(fā)生變化。 例如，鋼板沖壓成半球形封頭后，底部變薄，邊緣增厚。 在壓力容器設(shè)計時，應(yīng)留意這種厚度的變化。.三、各向

4、異性非金屬夾雜物熱加工呈纖維狀金屬資料力學(xué)性能產(chǎn)生方向性a、平行纖維組織方向的 塑性和韌性提高，b、垂直方向的塑性和韌性降低c、變形越大，性能差別越明顯因勢利導(dǎo)：纖維組織的穩(wěn)定性高，不能用熱處置方法加以消除。 壓力容器設(shè)計時，應(yīng)盡能夠使零件在任務(wù)時產(chǎn)生的最大正應(yīng)力 與纖維方向重合，最大切應(yīng)力方向與纖維方向垂直。纖維組織金屬再結(jié)晶帶狀組織第二相合金.四、應(yīng)變時效經(jīng)冷加工塑性變形的碳素鋼、低合金鋼，在室溫下停留較長時間，或在較高溫度下停留一定時間后，會出現(xiàn)屈服點和抗拉強度提高，塑性和韌性降低的景象，稱為應(yīng)變時效。.發(fā)生應(yīng)變時效的鋼材，不但沖擊吸收功大幅度下降，而且韌脆轉(zhuǎn)變溫度大幅度上升，表現(xiàn)出常溫

5、下的脆化。應(yīng)變時效危害降低應(yīng)變時效的措施普通以為，合金元素中，碳、氮添加鋼的應(yīng)變時效敏感性。減少碳、氮含量，參與鋁、鈦、釩等元素，使它們與碳、氮構(gòu)成穩(wěn)定化合物，可顯著減弱鋼的應(yīng)變時效敏感性。.3.2.2 焊接焊接是壓力容器制造過程的重要環(huán)節(jié)和質(zhì)量必需得到保證的環(huán)節(jié)焊接方法：熔焊 壓力容器制造中運用最廣壓焊釬焊熔焊機理：構(gòu)成結(jié)實的原子間結(jié)合，使待銜接件成為一體焊接接頭加熱至熔化融化的母材填充金屬熔池冷卻結(jié)晶后.一、焊接接頭的組織和性能二、焊接應(yīng)力與變形三、減少焊接應(yīng)力和變形的措施四、焊接接頭常見缺陷五、焊接接頭檢查.一、焊接接頭的組織和性能焊接接頭組成焊縫熔合區(qū)熱影響區(qū)1、焊縫由熔池的液態(tài)金屬凝

6、固結(jié)晶而成，通常由填充金屬和部分母材金屬組成。因結(jié)晶是從熔池邊緣的半熔化區(qū)開場的，低熔點的硫磷雜質(zhì)和氧化鐵等易偏析集中在焊縫中心區(qū)，影響焊縫的力學(xué)性能。.2、熔合區(qū)焊接接頭中，焊縫向熱影響區(qū)過渡的區(qū)域。組織：熔合區(qū)的加熱溫度在合金的固相和液相線之間，其化學(xué)成分和組織性能有很大的不均勻性塑性差、強度低、脆性大、易產(chǎn)生焊接裂紋，是焊接接頭中最薄弱的環(huán)節(jié)之一性能：.3、熱影響區(qū)是焊縫兩側(cè)母材因焊接熱作用但未熔化而發(fā)生金相組織和力學(xué)性能變化的區(qū)域。組織及性能在熱影響區(qū)內(nèi)，各處分開焊縫金屬間隔不同，資料被加熱和冷卻速度也不同，從而構(gòu)成了多種金相組織區(qū)，使其力學(xué)性能也不同。.以低碳鋼為例加以闡明熱影響區(qū)的

7、各個金相組織區(qū)：過熱區(qū)：對于焊接剛度大的構(gòu)造或含碳量高的易淬火鋼，常在此區(qū)產(chǎn)生裂紋正火區(qū)：焊接接頭中組織和性能最好的區(qū)域部分正火區(qū)：力學(xué)性能不均勻淬火、退火、正火、回火、調(diào)質(zhì)處置？.二、焊接應(yīng)力與變形焊接焊接件產(chǎn)生溫度梯度接頭組織和性能的不均勻焊接應(yīng)力和應(yīng)變焊接應(yīng)力和變形分別是指焊接過程中焊件內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力和變形。焊接剩余應(yīng)力焊后殘留在焊件內(nèi)的焊接應(yīng)力.焊接剩余應(yīng)力的危害：焊接剩余應(yīng)力它是沒有外載荷作用時就存在的應(yīng)力焊接變形使焊件外形和尺寸發(fā)生變化，需求進(jìn)展矯形。變形過大會因無法矯形而報廢。焊接變形的危害部分區(qū)域應(yīng)力過高，使構(gòu)造承載才干下降，引起裂紋，甚至導(dǎo)致構(gòu)造失效與外載荷產(chǎn)生的應(yīng)力疊加.平板

8、對接焊縫焊接剩余應(yīng)力分布見圖3-1所示。由于焊縫和近焊縫區(qū)的熱變形遭到約束，會產(chǎn)生焊接剩余變形。假設(shè)在焊接過程中，焊件能較自在伸縮，那么：焊后的變形較大而焊接應(yīng)力?。环粗?，變形小，焊接應(yīng)力大。此外，焊接前壓力容器成形不符合要求，例如筒體的不圓度，也會產(chǎn)生焊接裝配應(yīng)力，使部分區(qū)域應(yīng)力升高。.三、減少焊接應(yīng)力和變形的措施如：盡量減少焊接接頭數(shù)量相鄰焊縫間應(yīng)堅持足夠的間距盡能夠防止交叉，防止出現(xiàn)十字焊縫焊縫不要布置在高應(yīng)力區(qū)焊前預(yù)熱等等當(dāng)焊接呵斥的剩余應(yīng)力會影響構(gòu)造平安運轉(zhuǎn)時，還需設(shè)法消除 焊接剩余應(yīng)力。設(shè)計焊接工藝.四、焊接接頭常見缺陷 常見焊接缺陷.a、裂紋構(gòu)成：在焊接應(yīng)力及其它致脆要素共同作用

9、下，焊接接頭中部分區(qū)域的金屬原子結(jié)合力遭到破壞而構(gòu)成的縫隙。特點：它具有鋒利的裂端和大的長寬比。位置：裂紋多數(shù)發(fā)生在焊縫中，也有的產(chǎn)生在焊縫熱影響區(qū)。.危害：裂紋是焊接接頭中最危險的缺陷，壓力容器的破壞事故多數(shù)是由裂紋引起的。根據(jù)裂紋的構(gòu)成條件、時間和溫度的不同，焊接裂紋普通可分為熱裂紋冷裂紋再熱裂紋層狀撕裂應(yīng)力腐蝕裂紋.b、夾渣殘留在焊縫金屬中的熔渣稱為夾渣。因夾渣的幾何外形不規(guī)那么，存在棱角或尖角，易呵斥應(yīng)力集中，它往往是裂紋的來源，過長和密集的夾渣是不允許存在的。危害：c、未焊透焊接接頭根部未完全熔透而留下空隙的景象稱為未焊透。危害：它減少了焊縫的有效承載面積，在根部處產(chǎn)生應(yīng)力集中，容易

10、引起裂紋，導(dǎo)致構(gòu)造破壞。.d、未熔合對于厚截面構(gòu)造，熔焊時需求多道焊接。焊道與母材之間，或焊道與焊道之間，未能完全熔化結(jié)合的部分稱為未熔合。它類似于裂紋，易產(chǎn)生應(yīng)力集中，是危險缺陷。危害：e、焊瘤是焊接過程中，熔化金屬流到焊縫以外未熔化的母材上所構(gòu)成的金屬堆積。危害：易呵斥應(yīng)力集中，并在下面伴隨著未熔合、未焊透等缺陷。.f、氣孔氣孔是焊接過程中，熔池金屬中的氣體在金屬凝固時未來得及逸出，而在焊縫金屬中殘留下來所構(gòu)成的孔穴。危害：它在一定程度上減少了焊縫的承載面積，但由于沒有鋒利的邊緣，危害性相對較小。g、咬邊沿著焊趾的母材部位產(chǎn)生的凹陷或構(gòu)槽，稱為咬邊。危害：它不僅會減少母材的承載面積，還會產(chǎn)

11、生應(yīng)力集中，危害較為嚴(yán)重，較深時應(yīng)予消除。.五、焊接接頭檢查破壞性檢查非破壞性檢查外觀檢查密封性檢驗無損檢測直觀檢驗量具檢驗射線透照檢測超聲檢測外表檢測磁粉檢測浸透檢測渦流檢測測內(nèi)部缺陷測外表和近外表缺陷設(shè)計中要給出相應(yīng)的檢測方法用水、氣、油等.3.2.3 熱處置改善綜合性能熱處置壓力容器制造中的熱處置焊后消除應(yīng)力熱處置固溶處置穩(wěn)定化處置.一、焊后消除應(yīng)力熱處置目的：盡量消除因塑性變形加工、鍛造、焊接等引起的剩余應(yīng)力，改善焊接接頭的塑性和韌性，恢復(fù)因冷作和時效而劣化的力學(xué)性能。運用：當(dāng)鋼板很厚，介質(zhì)的毒性程度為極度或高度危害，或有應(yīng)力 腐蝕傾向時，壓力容器應(yīng)進(jìn)展焊后熱處置。由于有色金屬、不銹鋼的塑性好，用它們制造的壓力容器一 般不進(jìn)展熱處置。對于壓力容器中經(jīng)常遇到的厚截面鋼板或鍛件，很難使整個截面上的性能盡能夠均勻，此時應(yīng)精心設(shè)計熱處置工藝并嚴(yán)厲執(zhí)行。.二、改善綜合性能熱處置1、固溶處置 將合金加熱到一定溫度并堅持足夠長時間,使過剩相充分溶解到固溶體中,然后在水中或空氣中快速冷卻,以抑