金屬材料及熱處理基本知識(shí)課件

金屬材料及熱處理基本知識(shí)金屬材料及熱處理基本知識(shí)概述

金屬材料是制造特種設(shè)備最常用的材料，因此了解和掌握金屬材料性能是十分必要的，通常所指的金屬材料性能是指金屬材料的使用性能和工藝性能。如力學(xué)性能（強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性等）、物理性能（密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、熱膨脹性等）、化學(xué)性能（耐腐蝕性、熱穩(wěn)定性等）等使用性能和冷、熱加工（鑄造、焊接、熱處理、壓力加工、切削加工等）的工藝性能。

概述金屬材料是制造特種設(shè)備最常用的材料材料力學(xué)的基本知識(shí)

金屬材料在加工和使用過程中的基本特征都要承受不同形式外力的作用都會(huì)產(chǎn)生抵抗這些外力作用的能力（這種能力稱為材料的力學(xué)性能如屈服極限、抗拉強(qiáng)度、硬度、沖擊韌度、伸長率等）直至能力消失而發(fā)生變形以至斷裂破壞材料力學(xué)的基本知識(shí)金屬材料在加工和使用過程中的基本特征應(yīng)力與應(yīng)變內(nèi)力：是指材料內(nèi)部各部分之間的相互作用的力，在未受外力作用時(shí)，材料內(nèi)部相互平衡并保持其固有的形狀。當(dāng)受到外力時(shí)，這種固有的平衡被打破，相互之間作用力會(huì)改變，材料會(huì)發(fā)生形變，這是由于材料在外力作用下產(chǎn)生的附加內(nèi)力的結(jié)果，通常簡稱它為內(nèi)力。應(yīng)變與應(yīng)力：物體在外力作用下，其形狀尺寸所發(fā)生的相對改變稱為應(yīng)變；物體在外力作用下而變形時(shí)，其內(nèi)部任一截面單位面積上的內(nèi)力大小通常稱為應(yīng)力；方向垂直于截面的應(yīng)力稱為正應(yīng)力。應(yīng)力與應(yīng)變應(yīng)力的種類：拉應(yīng)力、壓應(yīng)力、剪切應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、交變應(yīng)力等。應(yīng)力集中的概念：由于截面的尺寸突然變化而引起的應(yīng)力局部增大的現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中。應(yīng)力的種類：拉應(yīng)力、壓應(yīng)力、剪切應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、交變應(yīng)力等。強(qiáng)度金屬的強(qiáng)度是指金屬抵抗永久變形和斷裂的能力，材料強(qiáng)度可以通過拉伸試驗(yàn)測出。金屬材料拉伸試驗(yàn)彈性階段屈服階段強(qiáng)化階段頸縮階段強(qiáng)度應(yīng)用：

抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度是評價(jià)材料性能的兩個(gè)主要指標(biāo)。一般特種設(shè)備金屬材料構(gòu)件都是在彈性狀態(tài)下工作的，不允許發(fā)生塑性變形，所以在特種設(shè)備設(shè)計(jì)中都選擇了適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)來保證。一般設(shè)計(jì)若以抗拉強(qiáng)度作為指標(biāo)時(shí)，鍋爐規(guī)范規(guī)定安全系數(shù)一般為Ns＝1.5，壓力容器規(guī)范規(guī)定安全系數(shù)一般為Ns＝1.6；若采用屈服強(qiáng)度作為指標(biāo)時(shí)，鍋爐規(guī)范規(guī)定安全系數(shù)一般為Nb＝2.7，壓力容器規(guī)范規(guī)定安全系數(shù)一般為Ns＝3.0。材料屈強(qiáng)比概念：材料屈服極限和強(qiáng)度極限的比值稱為屈強(qiáng)比。

應(yīng)用：塑性塑性是指材料在載荷作用下斷裂前發(fā)生不可逆永久變形的能力。評定與計(jì)算：材料塑性的指標(biāo)通常用伸長率δ和斷面收縮率ψ。伸長率可用下式確定：

δ＝［（L1－L0）/L0］×100％；

L0—試件原標(biāo)距長度，L1—拉斷后試件標(biāo)距長度。斷面收縮率可用下式確定：

ψ＝［（A0－A1）/A0］×100％式中：A0－試件原來截面積，A1－拉斷后試件頸縮處的截面積應(yīng)用：鍋爐壓力容器對材料塑性要求是有一定限度的，并不是越大越好，應(yīng)合理選擇。單純追求塑性會(huì)限制材料的使用能力，造成材料的極大浪費(fèi)。塑性硬度定義：是指材料抵抗局部塑性變形或表面損傷的能力。試驗(yàn)：通常有以下幾種試驗(yàn)形式：布氏硬度HB、洛氏硬度HR、維氏硬度HV、里氏硬度HL。應(yīng)用：HB主要用于測定硬度較低的材料，如退火、正火、調(diào)質(zhì)處理的鋼材。HR主要用于測定硬度較高的材料，其中HRB測定同HB，HRA和HRC用于測定淬火鋼、硬質(zhì)合金、滲碳層等。HV主要用于測定金屬表面硬度，如測定金相組織中不同區(qū)域的硬度，測定焊縫不同區(qū)域的硬度。HL主要用于現(xiàn)場構(gòu)件材料表面硬度的測定，測后可以直接讀出硬度值，并能及時(shí)轉(zhuǎn)換為布、洛、維等各種硬度值。硬度沖擊韌性定義：是指材料在外加沖擊載荷作用下斷裂時(shí)消耗能量大小的特性。試驗(yàn)：通常是在擺式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)上測定的。沖擊韌性αKv（αku）＝Ak／SN

。應(yīng)用：材料沖擊韌性的高低，取決于材料有無迅速塑性變形的能力，沖擊韌性高的一般都有較高的塑性，但塑性較高的材料卻不一定都有較高的沖擊韌性。沖擊韌性是對材料的化學(xué)成分、冶金質(zhì)量、組織狀態(tài)、內(nèi)部缺陷以及試驗(yàn)溫度等比較敏感的一個(gè)質(zhì)量指標(biāo)，同時(shí)也是衡量材料脆性轉(zhuǎn)變和斷裂特性的重要指標(biāo)。沖擊韌性金屬學(xué)與熱處理基本知識(shí)

金屬的晶體結(jié)構(gòu)定義：內(nèi)部原子呈規(guī)則排列的物質(zhì)稱為晶體，原子的排列方式稱為晶體結(jié)構(gòu)。晶體結(jié)構(gòu)種類：有體心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格，實(shí)際使用的金屬是由許多晶粒組成的，又叫多晶體。應(yīng)用：金屬材料在冶煉過程中是由高溫的液態(tài)金屬冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)金屬的結(jié)晶過程，結(jié)晶總是從晶核開始（晶核通常是依附于液態(tài)金屬中固態(tài)微粒雜質(zhì)而形成），液體中原子不斷向晶核聚集，使晶核長大，直至所有的晶粒長大到互相接觸，結(jié)晶即告結(jié)束。實(shí)際晶體的原子排列并非完美無缺，在排列中常常會(huì)出現(xiàn)空位、間隙原子、置代原子、位錯(cuò)等微觀缺陷。晶格缺陷會(huì)使材料的物理、化學(xué)性能發(fā)生改變，例如空位、間隙原子、置代原子的存在引起周圍晶格畸變，導(dǎo)致金屬材料屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度增高，而位錯(cuò)的存在則會(huì)材料容易塑性變形，強(qiáng)度降低。金屬學(xué)與熱處理基本知識(shí)金屬的晶體結(jié)構(gòu)鐵碳合金的基本組織定義：通常把鋼和鑄鐵統(tǒng)稱為鐵碳合金，一般把碳含量0.02％～2.0％的稱為鋼，含碳量大于2.0％的稱為鑄鐵。鍋爐壓力容器壓力管道用鋼含碳量一般低于0.25％?；窘M織形式鐵素體：碳溶于α－鐵或δ－鐵中的固溶體（α－鐵和δ－鐵都是體心立方晶格），用“F”表示，在770℃以下它具有鐵磁性。奧氏體：碳溶于γ－鐵中的固溶體，用“A”表示。僅存在于727℃以上的高溫范圍內(nèi)，它不具有鐵磁性。滲碳體：鐵和碳的金屬化合物，含碳量為6.67%，符號(hào)為“Fe3C”。珠光體：層片狀鐵素體與滲碳體構(gòu)成的機(jī)械混合物。它有較高的硬度和強(qiáng)度，塑性較好。鐵碳合金的基本組織應(yīng)用：

從鐵碳合金狀態(tài)圖中可知，含碳量為0.77％的鐵碳合金只發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，其組織是100％珠光體，稱為共析鋼。含碳量＞0.77％的鐵碳合金稱為過共析鋼，其組織是珠光體P＋滲碳體Fe3C；含碳量＜0.77％的鐵碳合金稱為亞共析鋼，其組織是鐵素體F＋珠光體P。組織中鐵素體F的含量越多，表明碳含量越低，則材料的塑性和韌性就越好，但強(qiáng)度和硬度就隨之降低。應(yīng)用：熱處理的一般過程定義：熱處理是將固態(tài)金屬及合金按預(yù)定的要求進(jìn)行加熱、保溫和冷卻，以改變其內(nèi)部組織從而獲得所要求性能的一種工藝過程。熱處理過程：熱處理過程主要是由加熱、保溫（時(shí)間）、冷卻三個(gè)階段構(gòu)成的，溫度和時(shí)間是影響熱處理的主要因素，因此熱處理過程都可以用溫度－時(shí)間曲線來表述。應(yīng)用：熱處理的加熱目的是使珠光體P向奧氏體A的轉(zhuǎn)變，使剩余鐵素體F向奧氏體A溶解，直至組織為單一奧氏體A。保溫的目的是使晶粒內(nèi)的成分?jǐn)U散均勻，獲得均勻的奧氏體A。冷卻的目的是使加熱轉(zhuǎn)變的奧氏體A分解，隨著冷卻速度的不同，奧氏體分解的產(chǎn)物的形態(tài)、分散度及性能都將發(fā)生不同的變化。熱處理的一般過程鍋爐壓力容器壓力管道用鋼

常用的熱處理工藝退火定義：將鋼試件加熱到適當(dāng)?shù)臏囟龋匾欢ǖ臅r(shí)間后緩慢冷卻，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝，稱為退火。根據(jù)材料化學(xué)成分和熱處理的目的的不同，退火又可分為完全退火、不完全退火、消除應(yīng)力退火、等溫退火、球化退火等。完全退火又稱重結(jié)晶退火，其方法是將工件加熱到Ac3以上30～50℃，保溫后在爐內(nèi)緩慢冷卻。不完全退火是將工件加熱到Ac1以上30～50℃，保溫后緩慢冷卻的方法。消除應(yīng)力退火是將工件加熱到Ac1以下100～200℃，保溫后緩慢冷卻使工件產(chǎn)生塑性變形或蠕變變形帶來的應(yīng)力松弛的方法。鍋爐壓力容器壓力管道用鋼

常用的熱處理工藝退火正火：正火是將工件加熱到Ac3或Acm以上30～50℃，保持一定時(shí)間后在空氣中冷卻的熱處理工藝。目的是細(xì)化晶粒，均勻組織，降低內(nèi)應(yīng)力。由于正火的冷卻速度較快，過冷度較大，易使組織中珠光體量增多，且珠光體片層厚度減小，所以正火后的鋼強(qiáng)度、硬度、韌性都比退火的鋼高。許多鍋爐壓力容器用的鋼板都是以正火狀態(tài)供貨的。淬火：淬火是將鋼加熱到臨界溫度以上，經(jīng)過適當(dāng)?shù)谋睾罂炖?，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的過程。目的是通過淬火獲得馬氏過組織，以提高材料硬度和強(qiáng)度。如軸承、模具等工件。鍋爐壓力容器材料和焊縫的組織不希望有馬氏體。正火：回火：回火是將經(jīng)過淬火的鋼加熱到Ac1以下的適當(dāng)溫度，保持一定時(shí)間，然后用符合要求的方法冷卻（通常是空冷），以獲得所需組織和性能的工藝。目的是降低材料的內(nèi)應(yīng)力，提高韌性。通過調(diào)整回火溫度，可以獲得不同的硬度、強(qiáng)度和韌性，以滿足所要求的力學(xué)性能。此外回火還可以穩(wěn)定工件的尺寸，改善加工性能。按回火的溫度不同可將回火分為低度、中溫和高溫回火三種?；鼗穑簥W氏體不銹鋼的固溶處理和穩(wěn)定化處理：把奧氏體不銹鋼加熱到1050～1100℃（此溫度下碳能在奧氏體中固溶），保溫一定時(shí)間（約每25mm厚度不小于1小時(shí)），然后快速冷卻至427℃以下（要求從925℃至538℃冷卻時(shí)間小于3分鐘），以獲得均勻的奧氏體組織的工藝稱為固溶處理。目的是保證其強(qiáng)度、硬度低而韌性好，并具有很高的耐腐蝕性和良好的高溫性能。對于含有鈦或鈮的鉻鎳奧氐體不銹鋼，為防止晶間腐蝕，必須使鋼中的碳全部固定在碳化鈦或碳化鈮中，以此為目的的熱處理稱為穩(wěn)定化處理。即把鉻鎳奧氐體不銹鋼加熱到850～900℃，保溫6小時(shí)，在空氣中冷卻或緩冷。奧氏體不銹鋼的固溶處理和穩(wěn)定化處理：鍋爐壓力容器常用材料

材料的一般要求應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，即有較高的屈服極限和強(qiáng)度極限，以保證安全性和經(jīng)濟(jì)性；應(yīng)有良好的韌性，以保證在承受外加載荷時(shí)不發(fā)生脆性破壞；應(yīng)有良好的加工工藝性能，包括冷熱加工成型性能和焊接性能；應(yīng)有良好的低倍組織和表面質(zhì)量，不允許有裂紋和白點(diǎn)；用于高溫元件的材料應(yīng)具有良好的高溫性能，包括足夠的蠕變強(qiáng)度、持久強(qiáng)度和持久塑性，有良好的高溫組織穩(wěn)定性和高溫抗氧化性；與腐蝕介質(zhì)接觸的材料應(yīng)具有優(yōu)良的抗腐蝕性能。鍋爐壓力容器常用材料材料的一般要求鋼的分類和命名方法分類方法：鋼的分類方法有“按化學(xué)成份分類”和“按主要質(zhì)量等級和主要性能及使用特性分類”兩種。碳鋼的分類和命名按含碳量分類：可分為低碳鋼，C≤0.25％；中碳鋼，C≤0.25％～0.6％；高碳鋼，C＞0.6％；按鋼的質(zhì)量（即S、P含量）分類：可分為普通碳素鋼，S≤0.050％；P≤0.045％；優(yōu)質(zhì)碳素鋼，S≤0.040％；P≤0.040％；高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼，S≤0.030％；P≤0.035％；按冶煉時(shí)脫氧程度分類：可分為沸騰鋼用“F”表示；鎮(zhèn)靜鋼，用“Z”表示；半鎮(zhèn)靜鋼，用“b”表示；按冶煉方法分類：可分為平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼和電爐鋼。按爐襯里材料又可分酸性和堿性兩類。鋼的分類和命名方法碳鋼的牌號(hào)及表示方法碳素結(jié)構(gòu)鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼表示方法：QXXX－XX，其中Q是“屈服極限”漢語拼音第一個(gè)字母大寫，XXX為鋼的屈服強(qiáng)度值（單位MPa），XX中第一個(gè)X表示質(zhì)量等級（分為A、B兩級），第二個(gè)X表示脫氧方法（分為沸騰鋼F、鎮(zhèn)靜鋼Z和半鎮(zhèn)靜鋼b）；優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼表示方法：其牌號(hào)用鋼平均含碳量的萬分比兩位數(shù)字表示，如08鋼表示平均含碳量為0.08％。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼又可分為有意加錳（即Mn＝0.7％～1.2％）的，用牌號(hào)后附加“Mn”表示；專門用途的碳素鋼表示方法：在牌號(hào)尾部加代表用途的符號(hào)，鍋爐用鋼加“g”、壓力容器用鋼加“R”，如20g、20R等。碳素鑄鋼表示方法：用“鑄鋼”的漢語拼音字首ZG表示，其后兩組數(shù)字分別表示鑄鋼的σS、σb值，如ZG200－400，ZG270－500等。碳鋼的牌號(hào)及表示方法碳素工具鋼表示方法：用碳字漢語拼音首“T”表示，之后的數(shù)字表示平均含碳量的千分比，數(shù)字后的“A、B”表示材料質(zhì)量等級（B級優(yōu)于A級），如T8、T12A分別表示含碳量為0.8％碳素工具鋼和1.2％高級碳素工具鋼。碳素工具鋼表示方法：用碳字漢語拼音首“T”表示，之后的數(shù)字表合金鋼的分類和命名定義：在鋼中特意加入了除鐵碳以外的其他合金元素（如：錳、鉻、鎳、鉬、銅、鋁、硅、鎢、釩、鈮、鋯、鈷、鈦、硼、氮等）以改善鋼的性能，這一類鋼稱為合金鋼。分類按合金元素加入量分類：可分為低合金鋼，合金元素總量≤5％；中合金鋼，合金元素總量≤5％～10％；高合金鋼，合金元素總量＞10％。按用途分類：可分為專用于制造各種工程結(jié)構(gòu)和機(jī)器零件的鋼種，專用于制造各種工具的鋼種，特殊性能合金鋼（具有特殊物理、化學(xué)性能的）如：耐酸、耐熱和電工鋼等。按鋼的組織分類：可分為珠光體鋼、奧氏體鋼、鐵素體鋼、馬氏體鋼等。按所含主要合金元素分類：可分為鉻鋼、鉻鎳鋼、錳鋼、硅鋼等。合金鋼的分類和命名合金鋼牌號(hào)表示方法：我國合金鋼牌號(hào)是按碳含量、合金元素種類和含量、質(zhì)量級別和用途來編排。牌號(hào)首部用數(shù)字表明碳含量，牌號(hào)第二部分用元素符號(hào)表明鋼中主要合金元素，含量由其后數(shù)字表明，牌號(hào)尾部加A表示鋼的質(zhì)量等級，加“R”表示壓力容器用鋼。例如：16MnR表示平均碳含量為0.16％，平均錳含量＜1.5％，是壓力容器專用鋼。合金鋼牌號(hào)表示方法：低碳鋼定義：碳含量≤0.25％的碳素鋼統(tǒng)稱為低碳鋼。低碳鋼主要化學(xué)成分：碳是碳素鋼中的主要合金元素，除了碳以外，還有少量的錳、硅、硫、磷以及氮、氧、氫等雜質(zhì)。各種元素對鋼的性能的影響：碳含量增加會(huì)增加鋼的強(qiáng)度，降低塑性和韌性，使焊接性能變差，淬硬傾向變大；碳素鋼中其他少量元素均屬無意加入，視為雜質(zhì)。低碳鋼低合金鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼特點(diǎn)：有較高的強(qiáng)度，又有較好的塑性和韌性，使用低合金鋼代替碳素結(jié)構(gòu)鋼，可在相同承載條件下，使結(jié)構(gòu)重量減輕20％～30％。低合金鋼中合金元素含量少，價(jià)格較低，冷、熱成型及焊接工藝性能良好，鍋爐壓力容器制造應(yīng)用廣泛。鍋爐壓力容器常用的低合金鋼牌號(hào)鍋爐用低合金鋼牌號(hào)：有16Mng、15MnVg、18MnMoNbg等，壓力容器用低合金鋼：有16MnR、15MnVR、15MnVNR、18MnMoNbR、07MnCrMoVR等16Mng和16MnR：具有良好的力學(xué)性能，可焊性好，對大氣的耐腐蝕性能優(yōu)于低碳鋼，該材料的缺口敏感性大于碳素鋼，在有缺口存在時(shí)，疲勞強(qiáng)度下降，且易產(chǎn)生裂紋。15MnVR和15MnVg：在熱軋狀態(tài)下使用，具有良好的力學(xué)性能，但塑性和低溫沖擊韌性比16MnR低。可焊性良好，過熱傾向較小，淬硬傾向也不嚴(yán)重，焊后冷裂傾向稍大于16MnR。低合金鋼低溫用鋼要求：應(yīng)有良好的低溫韌性。影響材料的低溫韌性因素：有材料晶體結(jié)構(gòu)、晶粒尺寸、冶煉的脫氧方法、熱處理狀態(tài)、鋼板厚度及合金元素，其中以合金元素的影響為顯著。合金元素與低溫韌性：碳強(qiáng)烈地影響鋼的低溫韌性，隨著碳含量增加，鋼的冷脆轉(zhuǎn)變溫度急劇上升，因此低溫鋼C含量＜0.2％。錳對改善鋼的低溫韌性十分有利，隨著錳含量增加，鋼的冷脆轉(zhuǎn)變溫度下降。鎳具有與錳相似的功能，鋼中鎳含量每增加1％，冷脆轉(zhuǎn)變溫度約可降低10℃。硫、磷、砷、銻、錫、鉛等微量元素和氮、氫、氧等氣體對鋼的低溫韌性都會(huì)產(chǎn)生不良影響。低溫壓力容器及用鋼：我國目前規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，低溫壓力容器與非低溫壓力容器的溫度界限為－20℃，低溫壓力容器用鋼的沖擊試驗(yàn)溫度應(yīng)低于或等于該容器的最低設(shè)計(jì)溫度，沖擊試驗(yàn)采用夏比V型缺口，三個(gè)試樣沖擊功平均值應(yīng)大于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)值。低溫用鋼低合金耐熱鋼要求：應(yīng)能在中等溫度（400～600℃）時(shí)具有良好的耐熱性，且所含的合金元素量不多，價(jià)格低廉。應(yīng)用：主要用于制造石油化工壓力容器和高壓鍋爐，如鉬鋼、鉻鉬鋼和鉻鉬釩鋼。這類鋼在使用時(shí)間較長后，會(huì)發(fā)生影響力學(xué)性能的組織結(jié)構(gòu)變化，包括珠光體球化、石墨化、合金化再分配等。低合金耐熱鋼奧氏體不銹鋼不銹鋼的分類：以鉻為主加元素的鐵素體不銹鋼（0Cr13、1Cr17特）和馬氏體不銹鋼（1Cr13、2Cr13等）；以鉻、鎳為主加入元素的奧氏體不銹鋼（0Cr18Ni9、00Cr18Ni10等）。奧氏體不銹鋼特點(diǎn)：奧氏體不銹鋼的力學(xué)性能與鐵素體類相比較，其屈服強(qiáng)度低，但屈服后的加工硬化性高，塑性、韌性好，不會(huì)發(fā)生低溫脆性，且有較好的高溫性能。奧氏體不銹鋼在冷加工時(shí)，亞穩(wěn)的奧氏體在塑性變形過程中形成馬氏體，所以奧氏體不銹鋼只能采用冷加工方法進(jìn)行強(qiáng)化處理。奧氏體不銹鋼常用牌號(hào)及性能：常用牌號(hào)是0Cr18Ni9，它具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在氧化性和某些還原性介質(zhì)中耐蝕性很高，但在敏化狀態(tài)，存在晶間腐蝕的敏感性，在高溫氯化物溶液中極易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。奧氏體不銹鋼焊接基本知識(shí)焊接基本知識(shí)鍋爐壓力容器常用的焊接方法

焊接定義與特點(diǎn)焊接定義：通過加熱或加壓，或者并用，并且用或不用填充材料，使兩種分離的金屬物體（同種金屬或異種金屬）產(chǎn)生原子（分子）間結(jié)合而連接成一體的連接方法，稱之焊接。焊接的優(yōu)點(diǎn)（主要是與螺釘連接、鉚接、鑄件及鍛件相比較而言）節(jié)省金屬材料、減輕構(gòu)件重量、且經(jīng)濟(jì)效益好。簡化了加工與裝配工序，生產(chǎn)周期短、效率高。構(gòu)件強(qiáng)度高，接頭致密性和密封性能好。為設(shè)計(jì)提供較大的靈活性和選擇空間。如兩構(gòu)件的連接，襯里堆焊等。用拼焊方法可以大大突破鑄鍛能力的限制，可以生產(chǎn)特大鍛—焊、鑄—焊結(jié)構(gòu)件，提供特大、特大重型設(shè)備、毛坯，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。焊接工藝過程容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。鍋爐壓力容器常用的焊接方法焊接定義與特點(diǎn)焊接的局限性易產(chǎn)生較大的焊接變形和焊接殘余應(yīng)力，從而影響結(jié)構(gòu)件的承載能力、加工精度和尺寸的穩(wěn)定性。同時(shí)由于焊縫與連接件交界處形狀的不連續(xù)性會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力的不連續(xù)和應(yīng)力集中效應(yīng)，將對構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度產(chǎn)生較大的影響。焊接接頭中會(huì)存著一定數(shù)量的缺陷，如裂紋、未熔合、未焊透、夾渣和氣孔等。這些缺陷的存在會(huì)降低構(gòu)件的強(qiáng)度，引起應(yīng)力集中，損壞了焊縫的致密性，它是造成構(gòu)件破壞的主要原因之一。焊接接頭具有較大的“組織和性能”的不均勻性。焊接過程會(huì)產(chǎn)生高溫、強(qiáng)光（紫外線）及一些有毒有害氣體，它們會(huì)對人身體產(chǎn)生一定的損傷。焊接的局限性焊接方法的分類分類：按工藝特點(diǎn)可分為熔焊、壓焊和釬焊三類。三類焊接方法的基本特征熔焊：使被連接的構(gòu)件接頭處局部加熱熔化成液體，然后再冷卻結(jié)晶成一體的方法稱為熔焊。壓焊：利用摩擦、擴(kuò)散和加壓等物理作用，克服兩個(gè)連接件表面的不平度，除去（擠掉）氧化膜及其它污染物，使兩個(gè)構(gòu)件連接表面上的原子相互接近到晶格距離（即原子引力作用范圍內(nèi)），從而在固態(tài)條件下實(shí)現(xiàn)的連接統(tǒng)稱固相焊接。這種固相焊接通常是在加壓下完成，故又稱壓焊。釬焊：采用熔點(diǎn)比母材低的金屬材料作釬料，將構(gòu)件和釬料加熱至高于釬料熔點(diǎn)，但低于構(gòu)件熔點(diǎn)的溫度，利用毛細(xì)作用使液態(tài)釬料潤濕構(gòu)件接觸表面直至填充兩構(gòu)件接頭間隙，并與構(gòu)件相互擴(kuò)散連接的方法稱為釬焊。應(yīng)用：鍋爐壓力容器焊接方法主要采用的是熔化焊，因?yàn)樗哂袕?qiáng)度高、致密性好，工藝成熟可靠，對構(gòu)件材質(zhì)、厚度適應(yīng)范圍大，焊接工作量巳約占整個(gè)鍋爐壓力容器制造工作量的30％以上。焊接方法的分類手工電弧焊手工電弧焊及其特點(diǎn)原理：是利用焊條與焊件之間的電弧熱，將焊條及部分焊件熔化而形成焊縫的焊接方法。特點(diǎn)：設(shè)備簡單，便于操作，適用于室內(nèi)外各種位置的焊接。但效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，對焊工技術(shù)水平及操作技能要求較高。手工電弧焊設(shè)備種類：交流電焊機(jī)、旋轉(zhuǎn)式直流電焊機(jī)、磚硅整流式直流電焊機(jī)、可逆變電焊機(jī)等。要求：能保證電弧穩(wěn)定燃燒，并在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)焊接電流的大小。設(shè)備結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單、成本低、效率高、節(jié)省電能、噪聲小。手工電弧焊手工電弧焊焊條特點(diǎn)：手工電弧焊焊條主要是由焊芯、藥皮（其成分有穩(wěn)弧劑、造渣劑、造氣劑、脫氧劑、合金劑、稀渣劑、粘結(jié)劑和增塑劑八種）組成。種類按用途分：可分為碳鋼焊條、低合金鋼焊條、不銹鋼焊條、鉻和鉻鉬耐熱鋼焊條、低溫鋼焊條、堆焊焊條、鋁及鋁合金焊條、鎳及鎳合金焊條、銅及銅合金焊條、鑄鐵焊條和特殊用途焊條等。按藥皮形成熔渣的酸堿性分：可分為堿性焊條（熔渣堿性＞1.5）和酸性焊條（熔渣堿性＜1.5）兩大類。

手工電弧焊焊條應(yīng)用：酸性焊條工藝性能良好，成形美觀，對銹、油、水等敏感度不大，抗氣孔能力強(qiáng)，但對合金元素?zé)龘p較大，氮、氧含量高，不易脫硫磷，熔渣粘性較強(qiáng)，不易脫渣，焊縫金屬的力學(xué)性能（特別是沖擊韌性）較低，故只適用于一般結(jié)構(gòu)件的焊接；堿性焊條脫氧、脫硫磷性能好，熔渣流動(dòng)性好，在冷卻過程中渣粘度增加很快（稱為“短渣”），.熔敷金屬含氫量低，所以又稱“低氫焊條”，其形成的焊縫金屬抗裂性能好，有較高的力學(xué)性能，特別是沖擊韌性較高。但在焊接過程中對銹、油、水較敏感，易產(chǎn)生氣孔，在深坡口中施焊脫渣性不好，電弧穩(wěn)定性差，一般只適用于直流電源施焊。堿性焊條多用于焊接重要結(jié)構(gòu)件、高壓鍋爐和壓力容器制造。應(yīng)用：手工電弧焊的焊接位置及特點(diǎn)位置：熔焊時(shí)，焊接接頭所處的空間位置稱為焊接位置，它可分為平焊、立焊、橫焊和仰焊四種基本焊接位置。特點(diǎn)：對于不同的焊接位置，采用的焊接方法，選用的焊接規(guī)范以及焊工的操作手法都有所不同，焊縫外觀成型與內(nèi)部缺陷的發(fā)生也有各自的規(guī)律。手工電弧焊的焊接位置及特點(diǎn)埋弧自動(dòng)焊自動(dòng)焊和埋弧自動(dòng)焊：焊接過程中，主要焊接操作如引燃及熄滅電弧、送進(jìn)焊條（焊絲）、移動(dòng)焊條（焊絲）或工件等都由機(jī)械自動(dòng)完成，叫自動(dòng)電弧焊。自動(dòng)電弧焊中，電弧被埋在焊劑層下面燃燒并實(shí)施焊接的，叫埋弧自動(dòng)焊。埋弧自動(dòng)焊特點(diǎn)能采用大的焊接電流，電弧熱量集中，熔深大，焊絲可以連續(xù)送進(jìn)而不象焊條那樣頻繁更換，所以效率比手工焊高5～10倍；焊劑和熔渣能嚴(yán)密包圍著焊接區(qū)，空氣難以入侵，高的焊速可以大大減小熱影區(qū)范圍，同時(shí)自動(dòng)操作使焊接規(guī)范參數(shù)穩(wěn)定，焊縫成分均勻，外形光滑美觀，焊接質(zhì)量良好、穩(wěn)定。熱量集中，焊縫金屬?zèng)]有飛濺損失，沒有廢棄的焊條頭，工件厚度小時(shí)可以不開坡口，從而節(jié)省金屬材料和電能。光弧不可見，煙霧少，機(jī)械化操作，勞動(dòng)強(qiáng)度小，勞動(dòng)條件大大改善。但設(shè)備復(fù)雜昂貴，對工件接頭加工與裝配要求嚴(yán)格，焊接位置受到一定的限制，一般總是在平焊位置焊接。應(yīng)用：常用于焊接長的直線焊縫及大直徑圓筒形容器的環(huán)焊縫。金屬材料及熱處理基本知識(shí)課件氬弧焊氬弧焊：是以惰性氣體氬氣作為保護(hù)氣體的一種電弧焊接方法。方法分類：依照電極是否熔化可分為熔化極氬弧焊和非熔化極氬弧焊（又稱鎢極氬弧焊）。特點(diǎn)適于焊接各種鋼材、有色金屬及合金，焊接質(zhì)量優(yōu)良；電弧和熔池用氣體保護(hù)，清晰可見、易控制，便于實(shí)現(xiàn)全位置自動(dòng)化焊接；電弧在保護(hù)氣流壓縮下燃燒，熱量集中，熔池較小，焊接速度較快，熱影響區(qū)較小，工件焊接變形較??；電弧穩(wěn)定，飛濺少，焊縫致密性好，成形美觀；應(yīng)用：適用于工件厚度較小、接頭根部質(zhì)量要求嚴(yán)格的、或是材質(zhì)對焊接方法有特殊要求的焊接接頭的焊接。氬弧焊二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊：以二氧化碳?xì)怏w作為保護(hù)氣體的電弧焊接方法，叫二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊。它是以焊絲作為電極，靠焊絲與土件之間產(chǎn)生的電弧熱熔化焊絲和工件，形成焊接接頭。特點(diǎn)：成本低、質(zhì)量好、效率高、操作性能好。但當(dāng)采用較大焊接電流時(shí)，飛濺大而多，煙霧多，弧光強(qiáng)，焊縫表面成形不夠光滑美觀，操作不當(dāng)時(shí)，易產(chǎn)生氣孔，設(shè)備比較復(fù)雜。應(yīng)用：常用于低碳鋼、低合金鋼壓力容器的接頭的焊接，如球形容器的現(xiàn)場組焊。二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊焊接接頭

焊接接頭形式接頭形式：接頭形式有對接接頭、搭接接頭、角接接頭和T型接頭。坡口形式的選擇：一是要保證焊透；二是要盡量減少填充接頭的焊縫金屬；三是要便于施焊，改善勞動(dòng)條件，盡量減少在容器內(nèi)的焊接工作量；四是要能減少焊接變形量，對較厚的工件應(yīng)選用沿厚壁開對稱的坡口。焊接接頭焊接接頭形式應(yīng)用對接接頭及應(yīng)用：將兩金屬構(gòu)件位于同一平面內(nèi)（或曲面內(nèi)），使其邊緣相對，沿邊緣直線（或曲線）進(jìn)行焊接的接頭叫對接接頭。主要應(yīng)用于鍋爐壓力容器殼體的A、B類焊縫及壓力管道對接焊縫。其坡口形式主要有Ⅰ字型、V型、X型、單U型和雙U型。搭接接頭及應(yīng)用：兩塊金屬構(gòu)件相疊，而在其端部（或側(cè)面）進(jìn)行角焊的接頭稱搭接接頭。它是現(xiàn)場大型薄壁常壓儲(chǔ)罐制造時(shí)常選用的一種接頭形式。壓力容器一般很少采用。角接接頭和T型接頭及應(yīng)用：兩金屬構(gòu)件成直角或成一定的角度，而在其連接端邊緣進(jìn)行焊接的接頭稱角接接頭，當(dāng)兩構(gòu)件成T字型焊接在一起的接頭稱T型接頭。鍋爐壓力容器的平端蓋與筒體的連接部位、管板與筒體的連接部位常采用這種接頭形式。常采用的坡口形式有V型、單邊V型、U型、K型等。應(yīng)用焊接接頭的組成接頭組成：包括焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)三部分。焊縫：是構(gòu)件經(jīng)焊接后形成的結(jié)合部分，通常是由熔化的母材和焊材組成，有時(shí)全部由熔化的母材組成。熔合區(qū)和熔合線：熔合區(qū)是焊接接頭中焊縫焊材金屬與母材金屬交界的結(jié)合區(qū)域，又稱不完全熔化區(qū)域。熔合區(qū)域混合金屬與焊縫純焊材金屬分界線稱為熔合線。熱影響區(qū)：焊接接頭在焊接或切割過程中，材料因受熱的影響（但未熔化）而發(fā)生的金相組織和力學(xué)性能變化的區(qū)域。焊接接頭的組成焊接接頭的組織和性能焊接接頭組織形成的兩次結(jié)晶過程：焊接接頭中，焊縫金屬是高溫液態(tài)冷卻至常溫固態(tài)的。即從液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗟囊淮谓Y(jié)晶過程和在固相狀態(tài)下發(fā)生組織轉(zhuǎn)變的二次結(jié)晶過程。不易淬火鋼（低碳鋼和低合金鋼）熔合區(qū)、熱影響區(qū)的組織和性能熔合區(qū)（不完全熔化區(qū)）：此區(qū)為熔合線附近焊縫金屬到母材金屬的過渡部分，溫度處于固相線和液相線之間，金屬處于局部熔化狀態(tài)，晶粒粗大，組織和化學(xué)成分不均勻，冷卻后的組織屬于過熱組織。該區(qū)域很小，但對接頭的強(qiáng)度、塑性影響較大。熔合區(qū)附近是產(chǎn)生裂紋和局部脆性破壞的發(fā)源地。焊接接頭的組織和性能熱影響區(qū)過熱區(qū)（晶粒粗大區(qū)）：此區(qū)段金屬處于1100℃以上，晶粒粗大，冷卻后會(huì)出現(xiàn)粗大的魏氏組織（鐵素體呈針狀不規(guī)則交叉），使材料塑性和韌性大大降低。該區(qū)域大小取決于焊接方法和焊接規(guī)范，焊接速度越快，過熱區(qū)越小。其力學(xué)性能取決于冷卻速度，冷卻速度提高，過熱區(qū)強(qiáng)度、硬度則增高，塑性及韌性則降低。正火區(qū)（重結(jié)晶區(qū)）：此區(qū)加熱溫度在Ac3以上至100℃，此間鐵素體和珠光體全部轉(zhuǎn)變?yōu)榫Я］^小的奧氏體，冷卻后得到均勻細(xì)小的鐵素體和珠光體。該區(qū)段相當(dāng)于熱處理的正火組織，晶粒細(xì)小均勻，既有較高的強(qiáng)度，又有較好的塑性。部分相變區(qū)：此區(qū)加熱溫度范圍在Ac1～Ac3之間，在此溫度下，珠光體及部分鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)榫Я］^小的奧氏體，另一部分鐵素體在升溫中晶粒長大成為粗大的鐵素體。冷卻后，既有經(jīng)過重結(jié)晶的細(xì)晶粒鐵素體和珠光體，又有晶粒大小極不均的鐵素體，其力學(xué)性能較差。熱影響區(qū)焊接接頭的力學(xué)性能評價(jià)：焊縫：由于焊縫金屬的化學(xué)成份較合理，二次結(jié)晶的晶粒較細(xì)，所以焊縫部位的金屬具有較好的力學(xué)性能，加上余高使焊縫部位受力截面增大（但余高不能增加整個(gè)接頭的強(qiáng)度），故焊縫不是接頭力學(xué)性能薄弱部位。熔合區(qū)：熔合區(qū)是結(jié)構(gòu)和應(yīng)力不連續(xù)的部位，是應(yīng)力集中嚴(yán)重區(qū)段、是產(chǎn)生裂紋和局部脆性破壞的發(fā)源地，是接頭最薄弱部位。熱影響區(qū)：此區(qū)段是晶粒粗大且不均勻，易出現(xiàn)粗大的魏氏組織（鐵素體針狀不規(guī)則交叉），力學(xué)性能較差，又是結(jié)構(gòu)和應(yīng)力不連續(xù)的部位，是應(yīng)力集中嚴(yán)重區(qū)段，其薄弱程度僅次于熔合區(qū)。焊接接頭的力學(xué)性能評價(jià)：鍋爐壓力容器常用鋼材的焊接

鋼材的焊接性鋼材的焊接性：是指被焊鋼材在采用一定的焊接方法、焊接材料、焊接規(guī)范參數(shù)及結(jié)構(gòu)形式的條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。焊接性的評價(jià)：一是工藝焊接性，主要是評價(jià)接頭的抗裂性；二是使用焊接性，主要是評價(jià)接頭使用的可靠性，如接頭的力學(xué)性能（強(qiáng)度、塑性、韌性、硬度以及抗裂紋擴(kuò)展能力等）和其他特殊性能（耐熱、耐腐蝕、耐低溫、抗疲勞、抗時(shí)效等）。鍋爐壓力容器常用鋼材的焊接鋼材的焊接性低碳鋼的焊接低碳鋼的焊接性有較好的塑性，沒有淬硬傾向，對焊接加熱或冷卻不敏感，焊縫及熱影響區(qū)不易產(chǎn)生裂紋。一般焊前不需要預(yù)熱，但對大厚度構(gòu)件或在低溫環(huán)境下焊接，應(yīng)適當(dāng)預(yù)熱。平爐鎮(zhèn)靜鋼雜質(zhì)少，偏析小，不易產(chǎn)生低熔共晶，產(chǎn)生裂紋機(jī)率小。沸騰鋼雜質(zhì)多，產(chǎn)生裂紋機(jī)率大。焊接工藝不合理時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)熱影響區(qū)粗晶現(xiàn)象，且隨著溫度提高和停留時(shí)間的延長，晶粒粗大現(xiàn)象更嚴(yán)重。 可采用交、直流電源，各種位置的焊接，且工藝簡單。低碳鋼焊接方法：有手工電弧焊、埋弧自動(dòng)焊、電渣焊、氣體保護(hù)焊等。低碳鋼的焊接低合金鋼的焊接低合金鋼的焊接特點(diǎn)熱影響區(qū)有淬硬傾向，易出現(xiàn)脆性的馬氏體，硬度明顯提高，塑性和韌性降低。其淬硬傾向程度取決于構(gòu)件材質(zhì)和結(jié)構(gòu)，焊接方法及規(guī)范參數(shù)，構(gòu)件預(yù)熱溫度和環(huán)境溫度。易產(chǎn)生焊接冷裂紋。冷裂紋具有延遲性，是焊接接頭焊后冷卻到300℃至室溫范圍所產(chǎn)生的裂紋。隨著構(gòu)件材質(zhì)強(qiáng)度等級的提高，其產(chǎn)生冷裂紋的傾向也增大。通常是出現(xiàn)在熱影響區(qū)、焊縫根部和焊趾處。冷裂紋發(fā)生機(jī)率一是取決于熱影響區(qū)的氫含量，二是取決于熱影響區(qū)的淬硬程度，三是取決于接頭剛度和焊接應(yīng)力的大小。低合金鋼的焊接奧氏體不銹鋼的焊接奧氏體不銹鋼的焊接性奧氏體不銹鋼的焊接性較好，一般不需要采取特殊的工藝措施。焊接工藝選擇不合理時(shí)，會(huì)出現(xiàn)晶間腐蝕及熱裂紋等缺陷。晶間腐蝕及熱裂紋原因分析晶間腐蝕原因分析：不銹鋼在450～850℃的范圍內(nèi)停留（焊接必然過程），鋼中的碳會(huì)向奧氏體晶界擴(kuò)散，并在晶界處與鉻化合析出碳化鉻，使晶間附近成為“貧鉻區(qū)”而產(chǎn)生晶間腐蝕。大多出現(xiàn)在接頭熱影響區(qū)及熔合區(qū)的表面。熱裂紋原因分析：主要是由于奧氏體不銹鋼焊縫中枝晶方向性很強(qiáng)，枝晶間有低熔點(diǎn)雜質(zhì)的偏析，加之奧氏體不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)?。▋H為低碳鋼的1/2），而膨脹系數(shù)比低碳鋼大50％左右，使焊縫區(qū)產(chǎn)生較大的溫差和收縮內(nèi)應(yīng)力，所以焊縫中易產(chǎn)生熱裂紋。奧氏體不銹鋼的焊接焊接缺陷

外觀缺陷（形狀缺陷）咬邊：沿焊趾的母材部位被電弧熔化時(shí)所形成的溝槽或凹陷。焊瘤：即熔敷金屬在焊接時(shí)流淌到焊縫之外的母材表面而未與母材熔合在一起所形成的球狀金屬物。凹坑未焊滿：指焊縫表面熔敷金屬填充厚度不夠所形成的連續(xù)或斷續(xù)的低洼。燒穿：焊接過程中，熔化金屬由焊縫背面流出后所形成的空洞。其他表面缺陷：如成形不良、錯(cuò)邊、塌陷、表面氣孔、弧坑及縮孔、各種焊接變形等。焊接缺陷外觀缺陷（形狀缺陷）氣孔：焊接時(shí)，熔池中的氣泡在凝固時(shí)未能逸出而殘留下來所形成的空穴。氣孔的分類：從形態(tài)分有球狀、針孔、柱孔、條蟲狀；從分布狀態(tài)有均勻分布狀、密集群狀和鏈狀之分；按孔內(nèi)成分有氮?dú)饪?、氫氣孔、二氧化碳和一氧化碳?xì)饪?。形成機(jī)理：熔池金屬在凝固過程中，有大量的氣體要從金屬中逸出來，當(dāng)金屬凝固速度大于氣體逸出速度，就會(huì)形成氣孔。產(chǎn)生原因：一是工藝因素，主要是焊接規(guī)范、電源電流種類、電弧長短和操作技巧。二是冶金因素，這是由于母材和填充金屬表面的銹、油污、焊劑中的水分等在高溫下分解為各種成分的氣體進(jìn)入熔池中而致。危害性：氣孔存在會(huì)減小焊縫承載的有效截面積，破壞了焊縫金屬的致密性而導(dǎo)致泄漏，降低接頭的強(qiáng)度和塑性，氫氣孔還會(huì)引起氫脆產(chǎn)生冷裂紋，成排氣孔、八字氣孔會(huì)引起應(yīng)力集中效應(yīng)。防止措施：清除構(gòu)件及填充金屬（焊絲及焊條）表面銹斑、油污和水分，如焊前對填充金屬進(jìn)行烘烤、對構(gòu)件進(jìn)行預(yù)熱等措施。并選用偏高點(diǎn)的焊接線能量、采用短弧焊的工藝。氣孔：焊接時(shí)，熔池中的氣泡在凝固時(shí)未能逸出而殘留下來所形成的夾渣：指焊后殘留在焊縫中的熔渣。分類：按渣的成分可分為金屬夾渣（如鎢夾渣、銅夾渣）和非金屬夾渣（如藥皮焊劑形成的熔渣、金屬非金屬夾雜偏析引起的夾雜等）；按形狀可分為點(diǎn)塊狀和條狀；按分布可分為單個(gè)點(diǎn)或條狀、密集點(diǎn)塊狀和鏈狀。形成機(jī)理：熔池中熔化金屬的凝固速度大于熔渣的流動(dòng)速度，當(dāng)熔化金屬凝固時(shí)，熔渣未能及時(shí)浮出熔池而形成。產(chǎn)生原因：坡口尺寸不合理、并有污物，多道多層焊時(shí)，焊道之間、焊層之間清渣不干凈，焊接線能量過小、焊接速度過快，藥皮焊劑有高熔點(diǎn)成分、且脫渣性不好，鎢極有低熔點(diǎn)雜質(zhì)或是電流密度過大致使鎢極熔化滴落于熔池中，手工焊焊條擺動(dòng)不良等。危害性：點(diǎn)狀與氣孔相似，帶有尖角的夾渣會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，其尖端還會(huì)發(fā)展為裂紋源，其危害遠(yuǎn)比氣孔嚴(yán)重。夾渣：指焊后殘留在焊縫中的熔渣。裂紋：在焊接應(yīng)力及其它致脆因素共同作用下，焊接接頭中局部地區(qū)的金屬原子結(jié)合力遭到破壞而形成新的界面所產(chǎn)生的縫隙稱之裂紋。裂紋的分類按尺寸大小可分為宏觀裂紋、微觀裂紋和超顯微裂紋（指晶間或晶內(nèi)裂紋）。按產(chǎn)生的原因不同可分為熱裂紋（產(chǎn)生于Ac3附近的裂紋）、冷裂紋（產(chǎn)生于馬氏體轉(zhuǎn)變溫度M3點(diǎn)以下的裂紋）、再熱裂紋（接頭冷卻后再加熱至500～700℃時(shí)產(chǎn)生的裂紋）、層狀撕裂（金屬中雜質(zhì)偏析在施焊過程中在焊接應(yīng)力或外拘束應(yīng)力作用下沿金屬軋制方向開裂）、應(yīng)力腐蝕裂紋（在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用下產(chǎn)生的裂紋）。裂紋形成的原因：一是冶金因素，另一是力學(xué)因素。危害性：裂紋特別是冷裂紋是焊縫中危害性最大的缺陷，大部分焊接構(gòu)件的破壞是由此生。裂紋：在焊接應(yīng)力及其它致脆因素共同作用下，焊接接頭中局部地區(qū)典型裂紋特征分析熱裂紋（結(jié)晶裂紋）形成機(jī)理：焊縫金屬在凝固過程中（即在固相線附近的高溫區(qū)內(nèi)），結(jié)晶偏析使雜質(zhì)生成的低熔點(diǎn)共晶物富集于晶界，形成“液態(tài)薄膜”，在特定的敏感溫度區(qū)粗（又稱脆性溫度區(qū)）間，其強(qiáng)度極小，在焊縫金屬凝固收縮而受到的拉應(yīng)力作用下，最終開裂形成裂紋。如縱向裂紋、枝晶狀橫向裂紋和弧坑裂紋。影響因素：一是碳元素及有害雜質(zhì)S、P的含量，隨其增加而產(chǎn)生機(jī)率增大；二是隨著冷卻速度加快而增大；三是隨著外加拘束應(yīng)力增大而增大。典型裂紋特征分析防止措施：減小S、P等有害元素的含量，用含碳量較低的、并加入一定的合金元素（Mo、V、Ti、Nb等以減小柱狀晶和偏析）的焊材焊接；采用合理的焊接工藝和焊接規(guī)范，如采用較小的線能量（熔深較小的），并改善散熱條件，確保低熔點(diǎn)物質(zhì)全部浮出焊縫金屬；采用預(yù)熱后熱處理，減小冷卻速度，以減小焊接應(yīng)力。防止措施：減小S、P等有害元素的含量，用含碳量較低的、并加入再熱裂紋特征：再熱裂紋是在焊后的熱處理等再次加熱（其加熱溫度：碳鋼與合金鋼是550～650℃，奧氏體不銹鋼約是300℃）的過程中，主要發(fā)生在熱影響區(qū)的過熱粗晶區(qū)，在焊接殘余應(yīng)力作用下沿晶界開裂，沉淀強(qiáng)化的鋼種最易產(chǎn)生再熱裂紋。產(chǎn)生機(jī)理：再熱裂紋產(chǎn)生機(jī)理有多種解釋（楔形開裂理論作一說明）防止措施：熱處理工藝應(yīng)盡量避開再熱裂紋的敏感溫度或縮短在此溫度區(qū)停留時(shí)間，改善合金元素的強(qiáng)化作用和對再熱裂紋的影響；采用適當(dāng)?shù)暮盖邦A(yù)熱和焊后的后熱處理，控制冷卻速度，以降低焊接殘余應(yīng)力和避免應(yīng)力集中。再熱裂紋冷裂紋特征：產(chǎn)生于較低溫度，且大多數(shù)在焊后一段時(shí)間之后出現(xiàn)在焊熱影響區(qū)或焊縫上，并沿晶或穿晶、或是兩者共存的開裂，又稱延遲裂紋。產(chǎn)生機(jī)理：這是因熱影響區(qū)或焊縫局部存在淬硬組織（馬氏體）減小了金屬的塑性儲(chǔ)備，或是接頭內(nèi)有一定的含氫量，且接頭有較大焊接殘余應(yīng)力使接頭處于較大的拉應(yīng)力狀態(tài)之下，淬硬組織會(huì)開裂，氫會(huì)發(fā)生氫致效應(yīng)而產(chǎn)生裂紋。防止措施：采用低氫堿性焊條，及時(shí)后熱消氫處理，以減小含氫量；選擇合理的焊接規(guī)范，提高預(yù)熱溫度，減慢冷卻速度，防止出現(xiàn)淬硬組織；選擇科學(xué)的焊接工藝，嚴(yán)格控制焊接程序，以減小焊接變形和焊接應(yīng)力。冷裂紋未焊透：焊接時(shí)，接頭根部未完全熔透的現(xiàn)象，也就是焊件的間隙或鈍邊未被熔化而留下的間隙，或是母材金屬之間沒有熔化，焊縫熔敷金屬?zèng)]有進(jìn)入接頭根部所形成的缺陷。產(chǎn)生原因：焊接電流小、熔深淺；坡口和間隙尺寸不合理，間隙小或坡口尺寸大；焊條藥皮偏芯度大或是磁偏吹；焊根清理不良。危害性：一是減小了焊縫有效截面積，使接頭承載能力降低；二是會(huì)引起應(yīng)力集中，降低焊縫疲勞強(qiáng)度。未焊透是裂紋源，是構(gòu)件破壞的主要原因之一。防止措施：采用較大的焊接電流，施焊過程中防止磁偏吹、采用短弧焊，合理設(shè)置坡口并注意清根質(zhì)量。未焊透：焊接時(shí)，接頭根部未完全熔透的現(xiàn)象，也就是焊件的間隙或未熔合：熔焊時(shí)，焊道與母材之間或焊道與焊道之間未完全熔化結(jié)合的部分；點(diǎn)焊時(shí)，母材與母材之間未完全熔化結(jié)合的部分稱之未熔合。它可分為坡口未熔合、層間未熔合和根部未熔合。產(chǎn)生原因：焊接電流過小、速度過快；焊條擺動(dòng)角度不對或弧偏吹；熔池處于下坡焊位置，母材尚未熔化即被鐵水覆蓋；坡口表面有油污物或氧化物。危害性：未熔合是一種平面型（或曰面積型）缺陷，不僅減小有效截面積，降低焊縫承載能力，且應(yīng)力集中效應(yīng)非常明顯，極易擴(kuò)展成裂紋，其危害程度僅次于裂紋。防止措施：采用較大焊接電流，防止弧偏吹和過快的焊接速度，確保坡口的清潔。未熔合：熔焊時(shí)，焊道與母材之間或焊道與焊道之間未完全熔化結(jié)合其他缺陷焊縫化學(xué)成分或組織不符合要求：如焊材與母材匹配不當(dāng)，或焊接過程中某些元素?zé)龘p致使焊縫化學(xué)成分變化或組織不符合要求，從而引起焊縫力學(xué)性能和耐腐蝕性能的降低。過熱和過燒：焊接規(guī)范選用不當(dāng)時(shí)，熱影響區(qū)長時(shí)間停留在高溫區(qū)，會(huì)使晶粒變得粗大，產(chǎn)生過熱組織。當(dāng)溫度繼續(xù)升高、停留時(shí)間加長，會(huì)使晶界發(fā)生氧化或局部熔化出現(xiàn)過燒組織（如燒穿空洞周圍的組織）。過熱組織可以通過熱處理來消除，而過燒組織不可逆轉(zhuǎn)，只有通過清除（返修）處理。白點(diǎn)：在拉斷的焊縫金屬斷口面上出現(xiàn)的象魚目狀的白色斑點(diǎn)稱為白點(diǎn)。這是由于焊縫金屬中氫聚集而形成的，危害性極大。其他缺陷復(fù)習(xí)思考題1、承壓類特種設(shè)備力學(xué)性能指標(biāo)有哪些？分別通過哪些方法進(jìn)行測定？2、承壓類特種設(shè)備用鋼常見金相組織有哪些？3、產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的條件有哪些？4、承壓類特種設(shè)備用鋼含碳量有何規(guī)定？5、承壓類特種設(shè)備常用的熱處理工藝有哪些？6、碳、錳兩元素對低溫鋼的性能各有什么影響？7、何為奧氏體不銹鋼的固溶處理、穩(wěn)定化處理？8、對制作承壓類特種設(shè)備的材料都有哪些要求？9、壓力容器用鋼的硫、磷含量是如何規(guī)定的

？10、如何提高奧氏體不銹鋼抗晶間腐蝕的性能？11、焊接接頭有哪幾種形式？復(fù)習(xí)思考題12、焊接接頭由哪幾部分組成？13、何謂鋼材的焊接性？14、氬弧焊的優(yōu)缺點(diǎn)有哪些？15、酸性焊條和堿性焊條各有什么特點(diǎn)？16.焊接接頭是由哪幾部分組成？17.消除焊接應(yīng)力的主要方法？18.焊接性試驗(yàn)主要包括哪些內(nèi)容？19.低合金鋼焊接中，產(chǎn)生冷裂紋的主要原因是什么？防止措施有哪些？20.奧氏體不銹鋼的焊接時(shí)，防止或減少晶間腐蝕的主要措施有哪些？金屬材料及熱處理基本知識(shí)課件金屬材料及熱處理基本知識(shí)金屬材料及熱處理基本知識(shí)概述

金屬材料是制造特種設(shè)備最常用的材料，因此了解和掌握金屬材料性能是十分必要的，通常所指的金屬材料性能是指金屬材料的使用性能和工藝性能。如力學(xué)性能（強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性等）、物理性能（密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、熱膨脹性等）、化學(xué)性能（耐腐蝕性、熱穩(wěn)定性等）等使用性能和冷、熱加工（鑄造、焊接、熱處理、壓力加工、切削加工等）的工藝性能。

概述金屬材料是制造特種設(shè)備最常用的材料材料力學(xué)的基本知識(shí)

金屬材料在加工和使用過程中的基本特征都要承受不同形式外力的作用都會(huì)產(chǎn)生抵抗這些外力作用的能力（這種能力稱為材料的力學(xué)性能如屈服極限、抗拉強(qiáng)度、硬度、沖擊韌度、伸長率等）直至能力消失而發(fā)生變形以至斷裂破壞材料力學(xué)的基本知識(shí)金屬材料在加工和使用過程中的基本特征應(yīng)力與應(yīng)變內(nèi)力：是指材料內(nèi)部各部分之間的相互作用的力，在未受外力作用時(shí)，材料內(nèi)部相互平衡并保持其固有的形狀。當(dāng)受到外力時(shí)，這種固有的平衡被打破，相互之間作用力會(huì)改變，材料會(huì)發(fā)生形變，這是由于材料在外力作用下產(chǎn)生的附加內(nèi)力的結(jié)果，通常簡稱它為內(nèi)力。應(yīng)變與應(yīng)力：物體在外力作用下，其形狀尺寸所發(fā)生的相對改變稱為應(yīng)變；物體在外力作用下而變形時(shí)，其內(nèi)部任一截面單位面積上的內(nèi)力大小通常稱為應(yīng)力；方向垂直于截面的應(yīng)力稱為正應(yīng)力。應(yīng)力與應(yīng)變應(yīng)力的種類：拉應(yīng)力、壓應(yīng)力、剪切應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、交變應(yīng)力等。應(yīng)力集中的概念：由于截面的尺寸突然變化而引起的應(yīng)力局部增大的現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中。應(yīng)力的種類：拉應(yīng)力、壓應(yīng)力、剪切應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、交變應(yīng)力等。強(qiáng)度金屬的強(qiáng)度是指金屬抵抗永久變形和斷裂的能力，材料強(qiáng)度可以通過拉伸試驗(yàn)測出。金屬材料拉伸試驗(yàn)彈性階段屈服階段強(qiáng)化階段頸縮階段強(qiáng)度應(yīng)用：

抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度是評價(jià)材料性能的兩個(gè)主要指標(biāo)。一般特種設(shè)備金屬材料構(gòu)件都是在彈性狀態(tài)下工作的，不允許發(fā)生塑性變形，所以在特種設(shè)備設(shè)計(jì)中都選擇了適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)來保證。一般設(shè)計(jì)若以抗拉強(qiáng)度作為指標(biāo)時(shí)，鍋爐規(guī)范規(guī)定安全系數(shù)一般為Ns＝1.5，壓力容器規(guī)范規(guī)定安全系數(shù)一般為Ns＝1.6；若采用屈服強(qiáng)度作為指標(biāo)時(shí)，鍋爐規(guī)范規(guī)定安全系數(shù)一般為Nb＝2.7，壓力容器規(guī)范規(guī)定安全系數(shù)一般為Ns＝3.0。材料屈強(qiáng)比概念：材料屈服極限和強(qiáng)度極限的比值稱為屈強(qiáng)比。

應(yīng)用：塑性塑性是指材料在載荷作用下斷裂前發(fā)生不可逆永久變形的能力。評定與計(jì)算：材料塑性的指標(biāo)通常用伸長率δ和斷面收縮率ψ。伸長率可用下式確定：

δ＝［（L1－L0）/L0］×100％；

L0—試件原標(biāo)距長度，L1—拉斷后試件標(biāo)距長度。斷面收縮率可用下式確定：

ψ＝［（A0－A1）/A0］×100％式中：A0－試件原來截面積，A1－拉斷后試件頸縮處的截面積應(yīng)用：鍋爐壓力容器對材料塑性要求是有一定限度的，并不是越大越好，應(yīng)合理選擇。單純追求塑性會(huì)限制材料的使用能力，造成材料的極大浪費(fèi)。塑性硬度定義：是指材料抵抗局部塑性變形或表面損傷的能力。試驗(yàn)：通常有以下幾種試驗(yàn)形式：布氏硬度HB、洛氏硬度HR、維氏硬度HV、里氏硬度HL。應(yīng)用：HB主要用于測定硬度較低的材料，如退火、正火、調(diào)質(zhì)處理的鋼材。HR主要用于測定硬度較高的材料，其中HRB測定同HB，HRA和HRC用于測定淬火鋼、硬質(zhì)合金、滲碳層等。HV主要用于測定金屬表面硬度，如測定金相組織中不同區(qū)域的硬度，測定焊縫不同區(qū)域的硬度。HL主要用于現(xiàn)場構(gòu)件材料表面硬度的測定，測后可以直接讀出硬度值，并能及時(shí)轉(zhuǎn)換為布、洛、維等各種硬度值。硬度沖擊韌性定義：是指材料在外加沖擊載荷作用下斷裂時(shí)消耗能量大小的特性。試驗(yàn)：通常是在擺式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)上測定的。沖擊韌性αKv（αku）＝Ak／SN

。應(yīng)用：材料沖擊韌性的高低，取決于材料有無迅速塑性變形的能力，沖擊韌性高的一般都有較高的塑性，但塑性較高的材料卻不一定都有較高的沖擊韌性。沖擊韌性是對材料的化學(xué)成分、冶金質(zhì)量、組織狀態(tài)、內(nèi)部缺陷以及試驗(yàn)溫度等比較敏感的一個(gè)質(zhì)量指標(biāo)，同時(shí)也是衡量材料脆性轉(zhuǎn)變和斷裂特性的重要指標(biāo)。沖擊韌性金屬學(xué)與熱處理基本知識(shí)

金屬的晶體結(jié)構(gòu)定義：內(nèi)部原子呈規(guī)則排列的物質(zhì)稱為晶體，原子的排列方式稱為晶體結(jié)構(gòu)。晶體結(jié)構(gòu)種類：有體心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格，實(shí)際使用的金屬是由許多晶粒組成的，又叫多晶體。應(yīng)用：金屬材料在冶煉過程中是由高溫的液態(tài)金屬冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)金屬的結(jié)晶過程，結(jié)晶總是從晶核開始（晶核通常是依附于液態(tài)金屬中固態(tài)微粒雜質(zhì)而形成），液體中原子不斷向晶核聚集，使晶核長大，直至所有的晶粒長大到互相接觸，結(jié)晶即告結(jié)束。實(shí)際晶體的原子排列并非完美無缺，在排列中常常會(huì)出現(xiàn)空位、間隙原子、置代原子、位錯(cuò)等微觀缺陷。晶格缺陷會(huì)使材料的物理、化學(xué)性能發(fā)生改變，例如空位、間隙原子、置代原子的存在引起周圍晶格畸變，導(dǎo)致金屬材料屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度增高，而位錯(cuò)的存在則會(huì)材料容易塑性變形，強(qiáng)度降低。金屬學(xué)與熱處理基本知識(shí)金屬的晶體結(jié)構(gòu)鐵碳合金的基本組織定義：通常把鋼和鑄鐵統(tǒng)稱為鐵碳合金，一般把碳含量0.02％～2.0％的稱為鋼，含碳量大于2.0％的稱為鑄鐵。鍋爐壓力容器壓力管道用鋼含碳量一般低于0.25％?；窘M織形式鐵素體：碳溶于α－鐵或δ－鐵中的固溶體（α－鐵和δ－鐵都是體心立方晶格），用“F”表示，在770℃以下它具有鐵磁性。奧氏體：碳溶于γ－鐵中的固溶體，用“A”表示。僅存在于727℃以上的高溫范圍內(nèi)，它不具有鐵磁性。滲碳體：鐵和碳的金屬化合物，含碳量為6.67%，符號(hào)為“Fe3C”。珠光體：層片狀鐵素體與滲碳體構(gòu)成的機(jī)械混合物。它有較高的硬度和強(qiáng)度，塑性較好。鐵碳合金的基本組織應(yīng)用：

從鐵碳合金狀態(tài)圖中可知，含碳量為0.77％的鐵碳合金只發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，其組織是100％珠光體，稱為共析鋼。含碳量＞0.77％的鐵碳合金稱為過共析鋼，其組織是珠光體P＋滲碳體Fe3C；含碳量＜0.77％的鐵碳合金稱為亞共析鋼，其組織是鐵素體F＋珠光體P。組織中鐵素體F的含量越多，表明碳含量越低，則材料的塑性和韌性就越好，但強(qiáng)度和硬度就隨之降低。應(yīng)用：熱處理的一般過程定義：熱處理是將固態(tài)金屬及合金按預(yù)定的要求進(jìn)行加熱、保溫和冷卻，以改變其內(nèi)部組織從而獲得所要求性能的一種工藝過程。熱處理過程：熱處理過程主要是由加熱、保溫（時(shí)間）、冷卻三個(gè)階段構(gòu)成的，溫度和時(shí)間是影響熱處理的主要因素，因此熱處理過程都可以用溫度－時(shí)間曲線來表述。應(yīng)用：熱處理的加熱目的是使珠光體P向奧氏體A的轉(zhuǎn)變，使剩余鐵素體F向奧氏體A溶解，直至組織為單一奧氏體A。保溫的目的是使晶粒內(nèi)的成分?jǐn)U散均勻，獲得均勻的奧氏體A。冷卻的目的是使加熱轉(zhuǎn)變的奧氏體A分解，隨著冷卻速度的不同，奧氏體分解的產(chǎn)物的形態(tài)、分散度及性能都將發(fā)生不同的變化。熱處理的一般過程鍋爐壓力容器壓力管道用鋼

常用的熱處理工藝退火定義：將鋼試件加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，保溫一定的時(shí)間后緩慢冷卻，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝，稱為退火。根據(jù)材料化學(xué)成分和熱處理的目的的不同，退火又可分為完全退火、不完全退火、消除應(yīng)力退火、等溫退火、球化退火等。完全退火又稱重結(jié)晶退火，其方法是將工件加熱到Ac3以上30～50℃，保溫后在爐內(nèi)緩慢冷卻。不完全退火是將工件加熱到Ac1以上30～50℃，保溫后緩慢冷卻的方法。消除應(yīng)力退火是將工件加熱到Ac1以下100～200℃，保溫后緩慢冷卻使工件產(chǎn)生塑性變形或蠕變變形帶來的應(yīng)力松弛的方法。鍋爐壓力容器壓力管道用鋼

常用的熱處理工藝退火正火：正火是將工件加熱到Ac3或Acm以上30～50℃，保持一定時(shí)間后在空氣中冷卻的熱處理工藝。目的是細(xì)化晶粒，均勻組織，降低內(nèi)應(yīng)力。由于正火的冷卻速度較快，過冷度較大，易使組織中珠光體量增多，且珠光體片層厚度減小，所以正火后的鋼強(qiáng)度、硬度、韌性都比退火的鋼高。許多鍋爐壓力容器用的鋼板都是以正火狀態(tài)供貨的。淬火：淬火是將鋼加熱到臨界溫度以上，經(jīng)過適當(dāng)?shù)谋睾罂炖?，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的過程。目的是通過淬火獲得馬氏過組織，以提高材料硬度和強(qiáng)度。如軸承、模具等工件。鍋爐壓力容器材料和焊縫的組織不希望有馬氏體。正火：回火：回火是將經(jīng)過淬火的鋼加熱到Ac1以下的適當(dāng)溫度，保持一定時(shí)間，然后用符合要求的方法冷卻（通常是空冷），以獲得所需組織和性能的工藝。目的是降低材料的內(nèi)應(yīng)力，提高韌性。通過調(diào)整回火溫度，可以獲得不同的硬度、強(qiáng)度和韌性，以滿足所要求的力學(xué)性能。此外回火還可以穩(wěn)定工件的尺寸，改善加工性能。按回火的溫度不同可將回火分為低度、中溫和高溫回火三種?；鼗穑簥W氏體不銹鋼的固溶處理和穩(wěn)定化處理：把奧氏體不銹鋼加熱到1050～1100℃（此溫度下碳能在奧氏體中固溶），保溫一定時(shí)間（約每25mm厚度不小于1小時(shí)），然后快速冷卻至427℃以下（要求從925℃至538℃冷卻時(shí)間小于3分鐘），以獲得均勻的奧氏體組織的工藝稱為固溶處理。目的是保證其強(qiáng)度、硬度低而韌性好，并具有很高的耐腐蝕性和良好的高溫性能。對于含有鈦或鈮的鉻鎳奧氐體不銹鋼，為防止晶間腐蝕，必須使鋼中的碳全部固定在碳化鈦或碳化鈮中，以此為目的的熱處理稱為穩(wěn)定化處理。即把鉻鎳奧氐體不銹鋼加熱到850～900℃，保溫6小時(shí)，在空氣中冷卻或緩冷。奧氏體不銹鋼的固溶處理和穩(wěn)定化處理：鍋爐壓力容器常用材料

材料的一般要求應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，即有較高的屈服極限和強(qiáng)度極限，以保證安全性和經(jīng)濟(jì)性；應(yīng)有良好的韌性，以保證在承受外加載荷時(shí)不發(fā)生脆性破壞；應(yīng)有良好的加工工藝性能，包括冷熱加工成型性能和焊接性能；應(yīng)有良好的低倍組織和表面質(zhì)量，不允許有裂紋和白點(diǎn)；用于高溫元件的材料應(yīng)具有良好的高溫性能，包括足夠的蠕變強(qiáng)度、持久強(qiáng)度和持久塑性，有良好的高溫組織穩(wěn)定性和高溫抗氧化性；與腐蝕介質(zhì)接觸的材料應(yīng)具有優(yōu)良的抗腐蝕性能。鍋爐壓力容器常用材料材料的一般要求鋼的分類和命名方法分類方法：鋼的分類方法有“按化學(xué)成份分類”和“按主要質(zhì)量等級和主要性能及使用特性分類”兩種。碳鋼的分類和命名按含碳量分類：可分為低碳鋼，C≤0.25％；中碳鋼，C≤0.25％～0.6％；高碳鋼，C＞0.6％；按鋼的質(zhì)量（即S、P含量）分類：可分為普通碳素鋼，S≤0.050％；P≤0.045％；優(yōu)質(zhì)碳素鋼，S≤0.040％；P≤0.040％；高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼，S≤0.030％；P≤0.035％；按冶煉時(shí)脫氧程度分類：可分為沸騰鋼用“F”表示；鎮(zhèn)靜鋼，用“Z”表示；半鎮(zhèn)靜鋼，用“b”表示；按冶煉方法分類：可分為平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼和電爐鋼。按爐襯里材料又可分酸性和堿性兩類。鋼的分類和命名方法碳鋼的牌號(hào)及表示方法碳素結(jié)構(gòu)鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼表示方法：QXXX－XX，其中Q是“屈服極限”漢語拼音第一個(gè)字母大寫，XXX為鋼的屈服強(qiáng)度值（單位MPa），XX中第一個(gè)X表示質(zhì)量等級（分為A、B兩級），第二個(gè)X表示脫氧方法（分為沸騰鋼F、鎮(zhèn)靜鋼Z和半鎮(zhèn)靜鋼b）；優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼表示方法：其牌號(hào)用鋼平均含碳量的萬分比兩位數(shù)字表示，如08鋼表示平均含碳量為0.08％。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼又可分為有意加錳（即Mn＝0.7％～1.2％）的，用牌號(hào)后附加“Mn”表示；專門用途的碳素鋼表示方法：在牌號(hào)尾部加代表用途的符號(hào)，鍋爐用鋼加“g”、壓力容器用鋼加“R”，如20g、20R等。碳素鑄鋼表示方法：用“鑄鋼”的漢語拼音字首ZG表示，其后兩組數(shù)字分別表示鑄鋼的σS、σb值，如ZG200－400，ZG270－500等。碳鋼的牌號(hào)及表示方法碳素工具鋼表示方法：用碳字漢語拼音首“T”表示，之后的數(shù)字表示平均含碳量的千分比，數(shù)字后的“A、B”表示材料質(zhì)量等級（B級優(yōu)于A級），如T8、T12A分別表示含碳量為0.8％碳素工具鋼和1.2％高級碳素工具鋼。碳素工具鋼表示方法：用碳字漢語拼音首“T”表示，之后的數(shù)字表合金鋼的分類和命名定義：在鋼中特意加入了除鐵碳以外的其他合金元素（如：錳、鉻、鎳、鉬、銅、鋁、硅、鎢、釩、鈮、鋯、鈷、鈦、硼、氮等）以改善鋼的性能，這一類鋼稱為合金鋼。分類按合金元素加入量分類：可分為低合金鋼，合金元素總量≤5％；中合金鋼，合金元素總量≤5％～10％；高合金鋼，合金元素總量＞10％。按用途分類：可分為專用于制造各種工程結(jié)構(gòu)和機(jī)器零件的鋼種，專用于制造各種工具的鋼種，特殊性能合金鋼（具有特殊物理、化學(xué)性能的）如：耐酸、耐熱和電工鋼等。按鋼的組織分類：可分為珠光體鋼、奧氏體鋼、鐵素體鋼、馬氏體鋼等。按所含主要合金元素分類：可分為鉻鋼、鉻鎳鋼、錳鋼、硅鋼等。合金鋼的分類和命名合金鋼牌號(hào)表示方法：我國合金鋼牌號(hào)是按碳含量、合金元素種類和含量、質(zhì)量級別和用途來編排。牌號(hào)首部用數(shù)字表明碳含量，牌號(hào)第二部分用元素符號(hào)表明鋼中主要合金元素，含量由其后數(shù)字表明，牌號(hào)尾部加A表示鋼的質(zhì)量等級，加“R”表示壓力容器用鋼。例如：16MnR表示平均碳含量為0.16％，平均錳含量＜1.5％，是壓力容器專用鋼。合金鋼牌號(hào)表示方法：低碳鋼定義：碳含量≤0.25％的碳素鋼統(tǒng)稱為低碳鋼。低碳鋼主要化學(xué)成分：碳是碳素鋼中的主要合金元素，除了碳以外，還有少量的錳、硅、硫、磷以及氮、氧、氫等雜質(zhì)。各種元素對鋼的性能的影響：碳含量增加會(huì)增加鋼的強(qiáng)度，降低塑性和韌性，使焊接性能變差，淬硬傾向變大；碳素鋼中其他少量元素均屬無意加入，視為雜質(zhì)。低碳鋼低合金鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼特點(diǎn)：有較高的強(qiáng)度，又有較好的塑性和韌性，使用低合金鋼代替碳素結(jié)構(gòu)鋼，可在相同承載條件下，使結(jié)構(gòu)重量減輕20％～30％。低合金鋼中合金元素含量少，價(jià)格較低，冷、熱成型及焊接工藝性能良好，鍋爐壓力容器制造應(yīng)用廣泛。鍋爐壓力容器常用的低合金鋼牌號(hào)鍋爐用低合金鋼牌號(hào)：有16Mng、15MnVg、18MnMoNbg等，壓力容器用低合金鋼：有16MnR、15MnVR、15MnVNR、18MnMoNbR、07MnCrMoVR等16Mng和16MnR：具有良好的力學(xué)性能，可焊性好，對大氣的耐腐蝕性能優(yōu)于低碳鋼，該材料的缺口敏感性大于碳素鋼，在有缺口存在時(shí)，疲勞強(qiáng)度下降，且易產(chǎn)生裂紋。15MnVR和15MnVg：在熱軋狀態(tài)下使用，具有良好的力學(xué)性能，但塑性和低溫沖擊韌性比16MnR低?？珊感粤己?，過熱傾向較小，淬硬傾向也不嚴(yán)重，焊后冷裂傾向稍大于16MnR。低合金鋼低溫用鋼要求：應(yīng)有良好的低溫韌性。影響材料的低溫韌性因素：有材料晶體結(jié)構(gòu)、晶粒尺寸、冶煉的脫氧方法、熱處理狀態(tài)、鋼板厚度及合金元素，其中以合金元素的影響為顯著。合金元素與低溫韌性：碳強(qiáng)烈地影響鋼的低溫韌性，隨著碳含量增加，鋼的冷脆轉(zhuǎn)變溫度急劇上升，因此低溫鋼C含量＜0.2％。錳對改善鋼的低溫韌性十分有利，隨著錳含量增加，鋼的冷脆轉(zhuǎn)變溫度下降。鎳具有與錳相似的功能，鋼中鎳含量每增加1％，冷脆轉(zhuǎn)變溫度約可降低10℃。硫、磷、砷、銻、錫、鉛等微量元素和氮、氫、氧等氣體對鋼的低溫韌性都會(huì)產(chǎn)生不良影響。低溫壓力容器及用鋼：我國目前規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，低溫壓力容器與非低溫壓力容器的溫度界限為－20℃，低溫壓力容器用鋼的沖擊試驗(yàn)溫度應(yīng)低于或等于該容器的最低設(shè)計(jì)溫度，沖擊試驗(yàn)采用夏比V型缺口，三個(gè)試樣沖擊功平均值應(yīng)大于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)值。低溫用鋼低合金耐熱鋼要求：應(yīng)能在中等溫度（400～600℃）時(shí)具有良好的耐熱性，且所含的合金元素量不多，價(jià)格低廉。應(yīng)用：主要用于制造石油化工壓力容器和高壓鍋爐，如鉬鋼、鉻鉬鋼和鉻鉬釩鋼。這類鋼在使用時(shí)間較長后，會(huì)發(fā)生影響力學(xué)性能的組織結(jié)構(gòu)變化，包括珠光體球化、石墨化、合金化再分配等。低合金耐熱鋼奧氏體不銹鋼不銹鋼的分類：以鉻為主加元素的鐵素體不銹鋼（0Cr13、1Cr17特）和馬氏體不銹鋼（1Cr13、2Cr13等）；以鉻、鎳為主加入元素的奧氏體不銹鋼（0Cr18Ni9、00Cr18Ni10等）。奧氏體不銹鋼特點(diǎn)：奧氏體不銹鋼的力學(xué)性能與鐵素體類相比較，其屈服強(qiáng)度低，但屈服后的加工硬化性高，塑性、韌性好，不會(huì)發(fā)生低溫脆性，且有較好的高溫性能。奧氏體不銹鋼在冷加工時(shí)，亞穩(wěn)的奧氏體在塑性變形過程中形成馬氏體，所以奧氏體不銹鋼只能采用冷加工方法進(jìn)行強(qiáng)化處理。奧氏體不銹鋼常用牌號(hào)及性能：常用牌號(hào)是0Cr18Ni9，它具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在氧化性和某些還原性介質(zhì)中耐蝕性很高，但在敏化狀態(tài)，存在晶間腐蝕的敏感性，在高溫氯化物溶液中極易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。奧氏體不銹鋼焊接基本知識(shí)焊接基本知識(shí)鍋爐壓力容器常用的焊接方法

焊接定義與特點(diǎn)焊接定義：通過加熱或加壓，或者并用，并且用或不用填充材料，使兩種分離的金屬物體（同種金屬或異種金屬）產(chǎn)生原子（分子）間結(jié)合而連接成一體的連接方法，稱之焊接。焊接的優(yōu)點(diǎn)（主要是與螺釘連接、鉚接、鑄件及鍛件相比較而言）節(jié)省金屬材料、減輕構(gòu)件重量、且經(jīng)濟(jì)效益好。簡化了加工與裝配工序，生產(chǎn)周期短、效率高。構(gòu)件強(qiáng)度高，接頭致密性和密封性能好。為設(shè)計(jì)提供較大的靈活性和選擇空間。如兩構(gòu)件的連接，襯里堆焊等。用拼焊方法可以大大突破鑄鍛能力的限制，可以生產(chǎn)特大鍛—焊、鑄—焊結(jié)構(gòu)件，提供特大、特大重型設(shè)備、毛坯，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。焊接工藝過程容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。鍋爐壓力容器常用的焊接方法焊接定義與特點(diǎn)焊接的局限性易產(chǎn)生較大的焊接變形和焊接殘余應(yīng)力，從而影響結(jié)構(gòu)件的承載能力、加工精度和尺寸的穩(wěn)定性。同時(shí)由于焊縫與連接件交界處形狀的不連續(xù)性會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力的不連續(xù)和應(yīng)力集中效應(yīng)，將對構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度產(chǎn)生較大的影響。焊接接頭中會(huì)存著一定數(shù)量的缺陷，如裂紋、未熔合、未焊透、夾渣和氣孔等。這些缺陷的存在會(huì)降低構(gòu)件的強(qiáng)度，引起應(yīng)力集中，損壞了焊縫的致密性，它是造成構(gòu)件破壞的主要原因之一。焊接接頭具有較大的“組織和性能”的不均勻性。焊接過程會(huì)產(chǎn)生高溫、強(qiáng)光（紫外線）及一些有毒有害氣體，它們會(huì)對人身體產(chǎn)生一定的損傷。焊接的局限性焊接方法的分類分類：按工藝特點(diǎn)可分為熔焊、壓焊和釬焊三類。三類焊接方法的基本特征熔焊：使被連接的構(gòu)件接頭處局部加熱熔化成液體，然后再冷卻結(jié)晶成一體的方法稱為熔焊。壓焊：利用摩擦、擴(kuò)散和加壓等物理作用，克服兩個(gè)連接件表面的不平度，除去（擠掉）氧化膜及其它污染物，使兩個(gè)構(gòu)件連接表面上的原子相互接近到晶格距離（即原子引力作用范圍內(nèi)），從而在固態(tài)條件下實(shí)現(xiàn)的連接統(tǒng)稱固相焊接。這種固相焊接通常是在加壓下完成，故又稱壓焊。釬焊：采用熔點(diǎn)比母材低的金屬材料作釬料，將構(gòu)件和釬料加熱至高于釬料熔點(diǎn)，但低于構(gòu)件熔點(diǎn)的溫度，利用毛細(xì)作用使液態(tài)釬料潤濕構(gòu)件接觸表面直至填充兩構(gòu)件接頭間隙，并與構(gòu)件相互擴(kuò)散連接的方法稱為釬焊。應(yīng)用：鍋爐壓力容器焊接方法主要采用的是熔化焊，因?yàn)樗哂袕?qiáng)度高、致密性好，工藝成熟可靠，對構(gòu)件材質(zhì)、厚度適應(yīng)范圍大，焊接工作量巳約占整個(gè)鍋爐壓力容器制造工作量的30％以上。焊接方法的分類手工電弧焊手工電弧焊及其特點(diǎn)原理：是利用焊條與焊件之間的電弧熱，將焊條及部分焊件熔化而形成焊縫的焊接方法。特點(diǎn)：設(shè)備簡單，便于操作，適用于室內(nèi)外各種位置的焊接。但效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，對焊工技術(shù)水平及操作技能要求較高。手工電弧焊設(shè)備種類：交流電焊機(jī)、旋轉(zhuǎn)式直流電焊機(jī)、磚硅整流式直流電焊機(jī)、可逆變電焊機(jī)等。要求：能保證電弧穩(wěn)定燃燒，并在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)焊接電流的大小。設(shè)備結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單、成本低、效率高、節(jié)省電能、噪聲小。手工電弧焊手工電弧焊焊條特點(diǎn)：手工電弧焊焊條主要是由焊芯、藥皮（其成分有穩(wěn)弧劑、造渣劑、造氣劑、脫氧劑、合金劑、稀渣劑、粘結(jié)劑和增塑劑八種）組成。種類按用途分：可分為碳鋼焊條、低合金鋼焊條、不銹鋼焊條、鉻和鉻鉬耐熱鋼焊條、低溫鋼焊條、堆焊焊條、鋁及鋁合金焊條、鎳及鎳合金焊條、銅及銅合金焊條、鑄鐵焊條和特殊用途焊條等。按藥皮形成熔渣的酸堿性分：可分為堿性焊條（熔渣堿性＞1.5）和酸性焊條（熔渣堿性＜1.5）兩大類。

手工電弧焊焊條應(yīng)用：酸性焊條工藝性能良好，成形美觀，對銹、油、水等敏感度不大，抗氣孔能力強(qiáng)，但對合金元素?zé)龘p較大，氮、氧含量高，不易脫硫磷，熔渣粘性較強(qiáng)，不易脫渣，焊縫金屬的力學(xué)性能（特別是沖擊韌性）較低，故只適用于一般結(jié)構(gòu)件的焊接；堿性焊條脫氧、脫硫磷性能好，熔渣流動(dòng)性好，在冷卻過程中渣粘度增加很快（稱為“短渣”），.熔敷金屬含氫量低，所以又稱“低氫焊條”，其形成的焊縫金屬抗裂性能好，有較高的力學(xué)性能，特別是沖擊韌性較高。但在焊接過程中對銹、油、水較敏感，易產(chǎn)生氣孔，在深坡口中施焊脫渣性不好，電弧穩(wěn)定性差，一般只適用于直流電源施焊。堿性焊條多用于焊接重要結(jié)構(gòu)件、高壓鍋爐和壓力容器制造。應(yīng)用：手工電弧焊的焊接位置及特點(diǎn)位置：熔焊時(shí)，焊接接頭所處的空間位置稱為焊接位置，它可分為平焊、立焊、橫焊和仰焊四種基本焊接位置。特點(diǎn)：對于不同的焊接位置，采用的焊接方法，選用的焊接規(guī)范以及焊工的操作手法都有所不同，焊縫外觀成型與內(nèi)部缺陷的發(fā)生也有各自的規(guī)律。手工電弧焊的焊接位置及特點(diǎn)埋弧自動(dòng)焊自動(dòng)焊和埋弧自動(dòng)焊：焊接過程中，主要焊接操作如引燃及熄滅電弧、送進(jìn)焊條（焊絲）、移動(dòng)焊條（焊絲）或工件等都由機(jī)械自動(dòng)完成，叫自動(dòng)電弧焊。自動(dòng)電弧焊中，電弧被埋在焊劑層下面燃燒并實(shí)施焊接的，叫埋弧自動(dòng)焊。埋弧自動(dòng)焊特點(diǎn)能采用大的焊接電流，電弧熱量集中，熔深大，焊絲可以連續(xù)送進(jìn)而不象焊條那樣頻繁更換，所以效率比手工焊高5～10倍；焊劑和熔渣能嚴(yán)密包圍著焊接區(qū)，空氣難以入侵，高的焊速可以大大減小熱影區(qū)范圍，同時(shí)自動(dòng)操作使焊接規(guī)范參數(shù)穩(wěn)定，焊縫成分均勻，外形光滑美觀，焊接質(zhì)量良好、穩(wěn)定。熱量集中，焊縫金屬?zèng)]有飛濺損失，沒有廢棄的焊條頭，工件厚度小時(shí)可以不開坡口，從而節(jié)省金屬材料和電能。光弧不可見，煙霧少