鍋爐壓力容器基本知識

第一章金屬材料及熱處理基本知識概述：金屬材料是制造特種設備最常用的材料，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。如力學性能（強度、硬度、塑性、韌性等）、物理性能（密度、熔點、導熱性、熱膨脹性等）、化學性能（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。材料力學的基本知識1.2.1金屬材料在加工和使過程中的基本特征⑴都要承受不同形式外力的作用；⑵都會產(chǎn)生抵抗這些外力作用的能力（這種能力稱為材料的力學性能如os、％、ak、&5等）直至能力消失而發(fā)生變形以至斷裂破壞；應力與應變⑴內力：是指材料內部各部分之間的相互作用的力，在未受外力作用時，材料內部相互平衡并保持其固有的形狀。當受到外力時，這種固有的平衡被打破，相互之間作用力會改變，材料會發(fā)生形變，這是由于材料在外力作用下產(chǎn)生的附加內力的結果，通常簡稱它為內力。⑵應變與應力：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變；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大小通常稱為應力；方向垂直于截面的應力稱為正應力。強度⑴定義：金屬的強度是指金屬抵抗永久變形和斷裂的能力，材料強度可以通過拉伸試驗測出。⑵金屬材料拉伸試驗彈性階段：此階段內應力與應變成正比（即材料符合虎克定律），該段稱為彈性階段。該段中應力的最高值所對應的應變值e厶稱為比例極限op。屈服階段：此階段外加應力不再增加而應變仍在持續(xù)增加（主要是塑性變形），材料已失去抵抗繼續(xù)變形的能力，此時的應力稱為屈服極限或曰屈服強度ob。若以材料塑性伸長0.2%作為屈服極限，則其屈服強度用o0.2表示。強化階段：當變形超過屈服階段，?材料又恢復了對繼續(xù)變形的抵抗能力，為使材料繼續(xù)變形必須增加應力值，這種現(xiàn)象稱為加工硬化現(xiàn)象，或曰強化階段。頸縮階段：當外加應力達到材料抗拉強度。，后，試件某一局部開始變細，出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象稱s之頸縮階段。⑶應用：抗拉強度os、屈服強度ob是評價材料性能的兩個主要指標。一般特種設備金屬材料構件都是在彈性狀態(tài)下工作的，不允許發(fā)生塑性變形，所以在特種設備設計中都選擇了適當?shù)陌踩禂?shù)來保證。一般設計若以抗拉強度os作為指標時，鍋爐規(guī)范規(guī)定安全系數(shù)Ns=1.5,壓力容器規(guī)范規(guī)定安全系數(shù)Ns=1.6；若采用屈服強度ob作為指標時，鍋爐規(guī)范規(guī)定安全系數(shù)Nb=2.7，壓力容器規(guī)范規(guī)定安全系數(shù)Ns=3.0。1.2.4塑性⑴定義：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。⑵評定與計算：材料塑性的指標通常用伸長率6和斷面收縮率屮，伸長率可用右式確定：6=［（坷一L0）/LJX100%；L0—試件原標距長度，拉斷后試件標距長度。斷面收縮率可用右式確定：屮=（（A。一A"/AJX100%式中：A。一試件原來截面積，舛一拉斷后試件頸縮處的截面積⑶應用：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，應合理選擇。單純追求塑性會限制材料的使用能力，造成材料的極大浪費。1.2.5硬度⑴定義：是指材料抵抗局部塑性變形或表面損傷的能力。⑵試驗：通常有以下幾種試驗形式：布氏硬度HB、洛氏硬度HR、維氏硬度HV、里氏硬度HL。⑶應用：HB主要用于測定硬度較低的材料，如退火、正火、調質處理的鋼材。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，并能及時轉換為布、洛、維等各種硬度值。1.2.6沖擊韌性⑴定義：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。⑵試驗：通常是在擺式?jīng)_擊試驗機上測定的。沖擊韌性aKv（aku）=Ak/SN。⑶應用：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成分、冶金質量、組織狀態(tài)、內部缺陷以及試驗溫度等比較敏感的一個質量指標，同時也是衡量材料脆性轉變和斷裂特性的重要指標。1.3金屬學與熱處理基本知識金屬的晶體結構⑴定義：內部原子呈規(guī)則排列的物質稱為晶體，原子的排列方式稱為晶體結構。⑵晶體結構種類：有體心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格，實際使用的金屬是由許多晶粒組成的，又叫多晶體。⑶應用：金屬材料在冶煉過程中是由高溫的液態(tài)金屬冷卻轉變?yōu)楣虘B(tài)金屬的結晶過程，結晶總是從晶核開始（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，結晶即告結束。實際晶體的原子排列并非完美無缺，在排列中常常會出現(xiàn)空位、間隙原子、置代原子、位錯等微觀缺陷。晶格缺陷會使材料的物理、化學性能發(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，導致金屬材料屈服強度和抗拉強度增高，而位錯的存在則會材料容易塑性變形，強度降低。鐵碳合金的基本組織⑴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％。⑵基本組織形式鐵素體：碳溶于a—鐵或6—鐵中的固溶體（a—鐵和6—鐵都是體心立方晶格），用“F”表示，在770°C以下它具有鐵磁性。奧氏體：碳溶于Y—鐵中的固溶體，用“A”表示。僅存在于727C以上的高溫范圍內，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%，符號為“Fe3C”。珠光體：層片狀鐵素體與滲碳體構成的機械混合物。它有較高的硬度和強度，塑性泛較好。⑶應用：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V0.77%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，但強度和硬度就隨之降低。熱處理的一般過程⑴定義：熱處理是將固態(tài)金屬及合金按預定的要求進行加熱、保溫和冷卻，以改變其內部組織從而獲得所要求性能的一種工藝過程。⑵熱處理過程：熱處理過程主要是由加熱、保溫（時間）、冷卻三個階段構成的，溫度和時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—時間曲線來表述。⑶應用：熱處理的加熱目的是使珠光體P向奧氏體A的轉變，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的成分擴散均勻，獲得均勻的奧氏體冷卻的目的是使加熱轉變的奧氏體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。1.3.4鍋爐壓力容器壓力管道用鋼常用的熱處理工藝⑴退火定義：將鋼試件加熱到適當?shù)臏囟?，保溫一定的時間后緩慢冷卻，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、消除應力退火、等溫退火、球化退火等。應用A完全退火又稱重結晶退火，其方法是將工件加熱到Ac3以上30?50°C，保溫后在爐內緩慢冷卻。目的是在于細化組織，消除應力，降低硬度，改善切削加工性能。主要用于各種亞共析鋼中的碳鋼和合金鋼的鑄、鍛件，有時也用于焊接結構件。不完全退火是將工件加熱到Ac1以上30?50C,保溫后緩慢冷卻的方法。其主要目的是降低硬度，改善切削加工性能，消除內應力。應用于低合金鋼、中高碳鋼的鍛件和軋制件。消除應力退火是將工件加熱到Ac1以下100?200C，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力松弛的方法。目的是消除焊接、冷變形加工、鑄造、鍛造等加工方法所產(chǎn)生的內應力。正火：正火是將工件加熱到Ac3或Acm以上30?50C，保持一定時間后在空氣中冷卻的熱處理工藝。目的是細化晶粒，均勻組織，降低內應力。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（一般情況是：亞共析鋼為Ac3以上30?50C；過共析鋼為Ac1以上30?50C），經(jīng)過適當?shù)谋睾罂炖洌箠W氏體轉變?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。回火：回火是將經(jīng)過淬火的鋼加熱到A1以下的適當溫度，保持一定時間，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應力，提高韌性。通過調整回火溫度，可以獲得不同的硬度、強度和韌性，以滿足所要求的力學性能。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。奧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°C（此溫度下碳能在奧氏體中固溶）,保溫一定時間（約每25mm厚度不小于1小時），然后快速冷卻至427C以下（要求從925C至538C冷卻時間小于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?900C，保溫6小時，在空氣中冷卻或緩冷。1.4鍋爐壓力容器常用材料1.4.1一般要求⑴應有足夠的強度，即有較高的屈服極限和強度極限，以保證安全性和經(jīng)濟性；⑵應有良好的韌性，以保證在承受外加載荷時不發(fā)生脆性破壞；⑶應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；⑷應有良好的低倍組織和表面質量，不允許有裂紋和白點；⑸用于高溫元件的材料應具有良好的高溫性能，包括足夠的蠕變強度、持久強度和持久塑性，有良好的高溫組織穩(wěn)定性和高溫抗氧化性；⑹與腐蝕介質接觸的材料應具有優(yōu)良的抗腐蝕性能。1.4.2鋼的分類和命名方法⑴分類方法：鋼的分類方法有“按化學成份分類”和“按主要質量等級和主要性能及使用特性分類”兩種。⑵碳鋼的分類和命名按含碳量分類：可分為低碳鋼，CW0.25%；中碳鋼，CW0.25%?0.6%；高碳鋼，C>0.6%；按鋼的質量（即S、P含量）分類：可分為普通碳素鋼，SW0.050%；PW0.045%；優(yōu)質碳素鋼，SW0.040%；PW0.040%；高級優(yōu)質碳素鋼，SW0.030%；PW0.035%；按冶煉時脫氧程度分類：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、轉爐鋼和電爐鋼。按爐襯里材料又可分酸性和堿性兩類。⑶碳鋼的牌號及表示方法碳素結構鋼普通碳素結構鋼表示方法：QXXX—XX,其中Q是“屈服極限”漢語拼音第一個字母大寫，XXX為鋼的屈服強度值（單位MPa），XX中第一個X表示質量等級（分為A、B兩級），第二個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)質碳素結構鋼表示方法：其牌號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)質碳素結構鋼又可分為有意加錳（即Mn=0.7%?1.2%）的，用牌號后附加“Mn”表示；專門用途的碳素鋼表示方法：在牌號尾部加代表用途的符號，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a$、ab值，女口ZG200—400，ZG270—500等。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。⑷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W5%；中合金鋼，合金元素總量W5%?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構和機器零件的鋼種，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。合金鋼牌號表示方法：我國合金鋼牌號是按碳含量、合金元素種類和含量、質量級別和用途來編排。牌號首部用數(shù)字表明碳含量，牌號第二部分用元素符號表明鋼中主要合金元素，含量由其后數(shù)字表明，牌號尾部加A表示鋼的質量等級，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V1.5%，是壓力容器專用鋼。1.4.3低碳鋼⑴定義：碳含量W0.25%的碳素鋼統(tǒng)稱為低碳鋼。⑵低碳鋼主要化學成分：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。⑶各種元素對鋼的性能的影響：碳含量增加會增加鋼的強度，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。其中錳Mn若是冶煉中僅作為脫氧去硫加入的，即Mn含量V0.8%時，對鋼的性能影響并不大，當Mn含量〉0.8％時，屬為改變性能有意加入，錳在鋼中有增加強度、細化組織、提高韌性的作用；硅Si若是冶煉中僅作為脫氧加入的，即Si含量V0.4%時，對鋼的性能影響并不大，當Si含量〉0.4%時，屬為改變性能有意加入，硅在鋼中有增加強度、硬度、彈性的作用，但會使鋼的塑性、韌性降低。硫S、磷P都是由礦石、生鐵或燃料中代入鋼中的有害雜質，硫會由于低熔共晶體熔化而導致鋼材沿晶界開裂的“熱脆”現(xiàn)象；少量磷會溶于鐵素體中，由于磷原子直徑遠遠大于鐵原子，從而使鐵素體晶格畸變嚴重致使鋼塑性、韌性大大降低，特別是在低溫時韌性降低會有更加嚴重的“冷脆”現(xiàn)象；氮在鋼中會形成氣泡和疏松，會使低碳鋼出現(xiàn)時效現(xiàn)象，即鋼的強度、硬度和塑性，特別是沖擊韌性在一定的時間內自發(fā)改變的現(xiàn)象。含氮高的低碳鋼特別不耐腐蝕。氧存在會使鋼的強度、塑性降低，熱脆現(xiàn)象加重，疲勞強度下降氫會引起鋼的氫脆，產(chǎn)生白點等缺陷、1.4.4低合金鋼⑴低合金結構鋼特點：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結構鋼，可在相同承載條件下，使結構重量減輕20%?30%。低合金鋼中合金元素含量少，價格較低，冷、熱成型及焊接工藝性能良好，鍋爐壓力容器制造應用廣泛。鍋爐壓力容器常用的低合金鋼牌號鍋爐用低合金鋼牌號：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，疲勞強度下降，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，淬硬傾向也不嚴重，焊后冷裂傾向稍大于16MnR。⑵低溫用鋼要求：應有良好的低溫韌性。影響材料的低溫韌性因素：有材料晶體結構、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：碳強烈地影響鋼的低溫韌性，隨著碳含量增加，鋼的冷脆轉變溫度急劇上升，因此低溫鋼C含量V0.2%。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%，冷脆轉變溫度約可降低10°C。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產(chǎn)生不良影響。低溫壓力容器及用鋼：我國目前規(guī)范標準規(guī)定，低溫壓力容器與非低溫壓力容器的溫度界限為一20C，低溫壓力容制用鋼的沖擊試驗溫度應低于或等于該容器的最低設計溫度，沖擊試驗采用夏比V型缺口，三個試樣沖擊功平均值應大于標準規(guī)定的數(shù)值。⑶低合金耐熱鋼要求：應能在中等溫度（400?600C）時具有良好的耐熱性，且所含的合金元素量不多，價格低廉。應用：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。這類鋼在使用時間較長后，會發(fā)生影響力學性能的組織結構變化，包括珠光體球化、石墨化、合金化再分配等。1.4.5奧氏體不銹鋼⑴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）。⑵奧氏體不銹鋼特點：奧氏體不銹鋼的力學性能與鐵素體類相比較，其屈服強度低，但屈服后的加工硬化性高，塑性、韌性好，不會發(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，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行強化處理。⑶奧氏體不銹鋼常用牌號及性能：常用牌號是lCrl8Ni9,它具有良好的化學穩(wěn)定性，在氧化性和某些還原性介質中耐蝕性很高，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)生應力腐蝕開裂。第二章焊接基本知識鍋爐壓力容器常用的焊接方法焊接定義與特點⑴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）間結合而連接成一體的連接方法，稱之焊接。⑵焊接的優(yōu)點（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、減輕構件重量、且經(jīng)濟效益好。簡化了加工與裝配工序，生產(chǎn)周期短、效率高。構件強度高，接頭致密性和密封性能好。為設計提供較大的靈活性和選擇空間。如兩構件的連接，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)特大鍛一焊、鑄一焊結構件，提供特大、特大重型設備、毛坯，促進國民經(jīng)濟的發(fā)展。焊接工藝過程容易實現(xiàn)機械化和自動化。⑶焊接的局限性易產(chǎn)生較大的焊接變形和焊接殘余應力，從而影響結構件的承載能力、加工精度和尺寸的穩(wěn)定性。同時由于焊縫與連接件交界處形狀的不連續(xù)性會產(chǎn)生應力的不連續(xù)和應力集中效應，將對構件的疲勞強度產(chǎn)生較大的影響。焊接接頭中會存著一定數(shù)量的缺陷，如裂紋、未熔合、未焊透、夾渣和氣孔等。這些缺陷的存在會降低構件的強度，引起應力集中，損壞了焊縫的致密性，它是造成構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。焊接過程會產(chǎn)生高溫、強光（紫外線）及一些有毒有害氣體，它們會對人身體產(chǎn)生一定的損傷。焊接方法的分類⑴分類：按工藝特點可分為熔焊、壓焊和釬焊三類。⑵三類焊接方法的基本特征熔焊：使被連接的構件接頭處局部加熱熔化成液體，然后再冷卻結晶成一體的方法稱為熔焊。如氣焊、電弧焊、電渣焊、電子束焊、激光焊和鋁熱焊。壓焊：利用摩擦、擴散和加壓等物理作用，克服兩個連接件表面的不平度，除去（擠掉）氧化膜及其它污染物，使兩個構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），從而在固態(tài)條件下實現(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。如將被金屬的接觸部位加熱至塑性狀態(tài)或局部熔化狀態(tài)，然后加一定的壓力，使金屬原子間相互結合形成焊接接頭，如鍛焊、摩擦焊、氣壓焊、電阻焊和高頻焊；或是不加熱焊，僅在被焊金屬接觸面上施加足夠大的壓力，借助壓力引起的褪塑性變形使原子相互接近，從而獲得牢固的壓擠接頭。如冷壓焊、超聲波焊、爆炸焊和擴散焊等。釬焊：采用熔點比母材低的金屬材料作釬料，將構件和釬料加熱至高于釬料熔點，但低于構件熔點的溫度，利用毛細作用使液態(tài)釬料潤濕構件接觸表面直至填充兩構件接頭間隙，并與構件相互擴散連接的方法稱為釬焊。如以熔點低于450°C的鉛、錫合金為主體釬料的烙鐵桿焊、火焰釬焊、電阻釬焊等軟釬焊，和以熔點高于450°C的銅、銀、鎳為主體釬料的電弧釬焊、火焰釬焊、爐中釬焊、感應釬焊等。⑶應用：鍋爐壓力容器焊接方法主要采用的是熔化焊，因為它具有強度高、致密性好，工藝成熟可靠，對構件材質、厚度適應范圍大，焊接工作量巳約占整個鍋爐壓力容器制造工作量的30％以上。手工電弧焊⑴手工電弧焊及其特點原理：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：設備簡單，便于操作，適用于室內外各種位置的焊接。但效率低，勞動強度大，對焊工技術水平及操作技能要求較高。⑵手工電弧焊設備種類：父流電焊機、旋轉式直流電焊機、磚硅整流式直流電焊機、可逆變電焊機等。要求：能保證電弧穩(wěn)定燃燒，并在一定的范圍內調節(jié)焊接電流的大小。設備結構應簡單、成本低、效率高、節(jié)省電能、噪聲小。⑶手工電弧焊焊條特點：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、粘結劑和增塑劑八種）組成。焊芯作用一是作為電極產(chǎn)生電弧，二是在電弧作用下熔化并作為填充金屬與熔化了母材混合形成焊縫。藥皮作用一是穩(wěn)弧作用；二是保護作用，藥皮熔化時產(chǎn)生大量氣體籠罩著電弧區(qū)和熔池，保證熔池及熔融金屬與空氣隔絕開，藥皮熔化后形成的熔渣可防止焊縫表面金屬不被氧化并減緩冷卻速度，改善焊縫成形；三是冶金作用，藥皮形成熔渣并通過熔渣與熔池中熔化金屬的化學化應，以減少氧、硫等有害物質對焊縫金屬的危害，使焊縫金屬獲得符合要求的力學性能；四是摻合金元素，通過在藥皮中加入某些鐵合金或純合金元素，以彌補焊接過程中某些合金元素的燒損，達到提高焊縫金屬的力學性能；五是改善焊接的工藝性能，可通過調整藥皮成分實現(xiàn)此目的。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、鎳肢鎳合金焊條、銅及銅合金焊條、鑄鐵焊條和特殊用途焊條等、按藥皮形成人熔渣的酸堿性分：可分為堿性焊條（熔渣堿性〉1.5）和酸性焊條（熔渣堿性V1.5）兩大類。應用：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，但對合金元素燒損較大，氮、氧含量高，不易脫硫磷，熔渣粘性較強，不易脫渣，焊縫金屬的力學性能（特別是沖擊韌性）較低，故只適用于一般結構件的焊接；堿性焊條脫氧、脫硫磷性能好，熔渣流動性好，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構件、高壓鍋爐和壓力容器制造。⑷手工電弧焊的焊接位置及特點位置：熔焊時，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。特點平焊：焊件坡口處于地表的水平位置，焊條熔化過程熔滴主要靠自重過渡，操作技術容易掌握，大多采用月牙形運條，可采用較大直徑焊條和較大的焊接電流施焊，成形美觀，表面呈勻稱細膩的月牙紋，生產(chǎn)效率高，但若焊接參數(shù)選擇不當或操作不當，也易產(chǎn)生未焊透或焊瘤類缺陷。立焊：焊件坡口處于地表的直立垂直位置，一般宜采用小直徑焊條和較小的焊接電流、采用鋸齒形運條進行施焊，成形不太美觀，表面多為魚鱗狀或三角狀波紋。主要焊接缺陷是焊道與母材之間、焊道與焊道之間的夾渣和未熔合等。橫焊：焊件坡口處于地表的橫向垂直位置，一般宜采用小直徑焊條和較小的焊接電流、采用直線形運條進行施焊，成形不太美觀，易產(chǎn)生焊道與母材之間、焊道與焊道之間的夾渣和未熔合等。仰焊：焊件坡口處于燃燒電弧的上方，焊工在仰視位置進行施焊的方法稱之仰焊。仰焊是最難焊的一種焊接位置，由于熔化金屬在重力的作用下較易下淌，熔池大小和形狀均不易控制，多采用圓圈形運條施焊，易產(chǎn)生咬邊、未熔合或焊瘤等缺陷。埋弧自動焊⑴自動焊和埋弧自動焊：焊接過程中，主要焊接操作如引燃及熄滅電弧、送進焊條（焊絲）、移動焊條（焊絲）或工件等都由機械自動完成，叫自動電弧焊。自動電弧焊中，電弧被埋在焊劑層下面燃燒并實施焊接的，叫埋弧自動焊。⑵特點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，同時自動操作使焊接規(guī)范參數(shù)穩(wěn)定，焊縫成分均勻，外形光滑美觀，焊接質量良好、穩(wěn)定。熱量集中，焊縫金屬沒有飛濺損失，沒有廢棄的焊條頭，工件厚度小時可以不開坡口，從而節(jié)省金屬材料和電能。光弧不可見，煙霧少，機械化操作，勞動強度小，勞動條件大大改善。但設備復雜昂貴，對工件接頭加工與裝配要求嚴格，焊接位置受到一定的限制，一般總是在平焊位置焊接。⑶應用：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。2.1.5氬弧焊⑴氬弧焊：是以惰性氣體氬氣作為保護氣體的一種電弧焊接方法。⑵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）。⑶特點適于焊接各種鋼材、有色金屬及合金，焊接質量優(yōu)良；電弧和熔池用氣體保護，清晰可見、易控制，便于實現(xiàn)全位置自動化焊接；電弧在保護氣流壓縮下燃燒，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；⑷應用：適用于工件厚度較小、接頭根部質量要求嚴格的、或是材質對焊接方法有特殊要求的焊接接頭的焊接。2.1.6二氧化碳氣體保護焊⑴二氧化碳氣體保護焊：以二氧化碳氣體作為保護氣體的電弧焊接方法，叫二氧化碳氣體保護焊。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。⑵特點：成本低、質量好、效率高、操作性能好。但當采用較大焊接電流時，飛濺大而多，煙霧多，弧光強，焊縫表面成形不夠光滑美觀，操作不當時，易產(chǎn)生氣孔，設備比較復雜。⑶應用：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。2.2焊接接頭焊接接頭形式⑴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。⑵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，改善勞動條件，盡量減少在容器內的焊接工作量；四是要能減少焊接變形量，對較厚的工件應選用沿厚壁開對稱的坡口。⑶應用對接接頭及應用：將兩金屬構件位于同一平面內（或曲面內），使其邊緣相對，沿邊緣直線（或曲線）進行焊接的接頭叫對接接頭。主要應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。搭接接頭及應用：兩塊金屬構件相疊，而在其端部（或側面）進行角焊的接頭稱搭接接頭。它是現(xiàn)場大型薄壁常壓儲罐制造時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型接頭及應用：兩金屬構件成直角或成一定的角度，而在其連接端邊緣進行焊接的接頭稱角接接頭，當兩構件成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。焊接接頭的組成⑴接頭組成：包括焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)三部分。⑵焊縫：是構件經(jīng)焊接后形成的結合部分，通常是由熔化的母材和焊材組成，有時全部由熔化的母材組成。⑶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。其接頭橫斷面，經(jīng)3％硝酸酒精溶液腐蝕可顯示出焊縫金屬輪廓線。⑷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性能變化的區(qū)域。其區(qū)域的寬度與焊接方法、焊接工藝及參數(shù)（線能量）、構件厚度等有關。通常情況下，不同焊接方法熱影響區(qū)寬度是：真空電子束焊W0.85mm,手工電弧焊W8.5mm,埋弧自動焊W4mm,電渣焊W30mm,氧、乙炔氣焊W27mm。焊接接頭的組織和性能⑴焊接接頭組織形成的兩次結晶過程：焊接接頭中，焊縫金屬是高溫液態(tài)冷卻至常溫固態(tài)的。即從液相轉變?yōu)楣滔嗟囊淮谓Y晶過程和在固相狀態(tài)下發(fā)生組織轉變的二次結晶過程。⑵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。熱影響區(qū)過熱區(qū)（晶粒粗大區(qū)）：此區(qū)段金屬處于1100°C以上，晶粒粗大，冷卻后會出現(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。其力學性能取決于冷卻速度，冷卻速度提高，過熱區(qū)強度、硬度則增高，塑性及韌性則降低。正火區(qū)（重結晶區(qū)）：此區(qū)加熱溫度在Ac3以上至1100C，此間鐵素體和珠光體全部轉變?yōu)榫Я］^小的奧氏體，冷卻后得到均勻細小的鐵素體和珠光體。該區(qū)段相當于熱處理的正火組織，晶粒細小均勻，既有較高的強度，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)過重結晶的細晶粒鐵素體和珠光體，又有晶粒大小極不均的鐵素體，其力學性能較差。⑶焊接接頭的力學性能評價：焊縫：由于焊縫金屬的化學成份較合理，二次結晶的晶粒較細，所以焊縫部位的金屬具有較好的力學性能，加上余高使焊縫部位受力截面增大（但余高不能增加整個接頭的強度），故焊縫不是接頭力學性能薄弱部位。熔合區(qū)：熔合區(qū)是結構和應力不連續(xù)的部位，是應力集中嚴重區(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），力學性能較差，又是結構和應力不連續(xù)的部位，是應力集中嚴重區(qū)段，其薄弱程度僅次于熔合區(qū)。鍋爐壓力容器常用鋼材的焊接鋼材的焊接性⑴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)及結構形式的條件下，獲得優(yōu)質焊接接頭的難易程度。⑵焊接性的評價：一是工藝焊接性，主要是評價接頭的抗裂性；二是使用焊接性，主要是評價接頭使用的可靠性，如接頭的力學性能（強度、塑性、韌性、硬度以及抗裂紋擴展能力等）和其他特殊性能（耐熱、耐腐蝕、耐低溫、抗疲勞、抗時效等）。低碳鋼的焊接⑴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。一般焊前不需要預熱，但對大厚度構件或在低溫環(huán)境下焊接，應適當預熱。平爐鎮(zhèn)靜鋼雜質少，偏析小，不易產(chǎn)生低熔共晶，產(chǎn)生裂紋機率小。沸騰鋼雜質多，產(chǎn)生裂紋機率大。焊接工藝不合理時，可能會出現(xiàn)熱影響區(qū)粗晶現(xiàn)象，且隨著溫度提高和停留時間的延長，晶粒粗大現(xiàn)象更嚴重?？刹捎媒?、直流電源，各種位置的焊接，且工藝簡單。⑵低碳鋼焊接方法：有手工電弧焊、埋弧自動焊、電渣焊、氣體保護焊等。2.4.3低合金鋼的焊接⑴低合金鋼的焊接特點熱影響區(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件材質和結構，焊接方法及規(guī)范參數(shù)，構件預熱溫度和環(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°C至室溫范圍所產(chǎn)生的裂紋。隨著構件材質強度等級的提高，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力的大小。奧氏體不銹鋼的焊接⑴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，會出現(xiàn)晶間腐蝕及熱裂紋等缺陷。⑵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?850C的范圍內停留（焊接必然過程），鋼中的碳會向奧氏體晶界擴散，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，枝晶間有低熔點雜質的偏析，加之奧氏體不銹鋼導熱系數(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應力，所以焊縫中易產(chǎn)生熱裂紋。焊接缺陷2.5.1外觀缺陷（形狀缺陷）⑴咬邊：沿焊趾的母材部位被電弧熔化時所形成的溝槽或凹陷。⑵焊瘤：即熔敷金屬在焊接時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。⑶凹坑：⑷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。⑸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。⑹其他表面缺陷：如成形不良、錯邊、塌陷、表面氣孔、弧坑及縮孔、各種焊接變形等。氣孔和夾渣⑴氣孔：焊接時，熔池中的氣泡在凝固時未能逸出而殘留下來所形成的空穴。①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；按孔內成分有氮氣孔、氫氣孔、二氧化碳和一氧化碳氣孔。形成機理：熔池金屬在凝固過程中，有大量的氣體要從金屬中逸出來，當金屬凝固速度大于氣體逸出速度，就會形成氣孔。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入熔池中而致。危害性：氣孔存在會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致泄漏，降低接頭的強度和塑性，氫氣孔還會引起氫脆產(chǎn)生冷裂紋，成排氣孔、八字氣孔會引起應力集中效應。防止措施：清除構件及填充金屬（焊絲及焊條）表面銹斑、油污和水分，如焊前對填充金屬進行烘烤、對構件進行預熱等措施。并選用偏高點的焊接線能量、采用短弧焊的工藝。⑵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）；按形狀可分為點塊狀和條狀；按分布可分為單個點或條狀、密集點塊狀和鏈狀。形成機理：熔池中熔化金屬的凝固速度大于熔渣的流動速度，當熔化金屬凝固時，熔渣未能及時浮出熔池而形成。產(chǎn)生原因：坡口尺寸不合理、并有污物，多道多層焊時，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，藥皮焊劑有高熔點成分、且脫渣性不好，鎢極有低熔點雜質或是電流密度過大致使鎢極熔化滴落于熔池中，手工焊焊條擺動不良等。危害性：點狀與氣孔相似，帶有尖角的夾渣會產(chǎn)生應力集中，其尖端還會發(fā)展為裂紋源，其危害遠比氣孔嚴重。裂紋：在焊接應力及其它致脆因素共同作用下，焊接接頭中局部地區(qū)的金屬原子結合力遭到破壞而形成新的界面所產(chǎn)生的縫隙稱之裂紋。⑴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)生于馬氏體轉變溫度M3點以下的裂紋）、再熱裂紋（接頭冷卻后再加熱至500?700°C時產(chǎn)生的裂紋）、層狀撕裂（金屬中雜質偏析在施焊過程中在焊接應力或外拘束應力作用下沿金屬軋制方向開裂）、應力腐蝕裂紋（在應力和腐蝕介質共同作用下產(chǎn)生的裂紋）。⑵裂紋形成的原因：一是冶金因素，另一是力學因素。冶金因素是指由于焊縫產(chǎn)生不同程度的物理與化學狀態(tài)的不均勻，如低熔共晶組成元素S、P、Si等偏析、富集導致的熱裂紋。此外，在熱影響區(qū)金屬中，快速加熱和冷卻使金屬中的空位濃度增加，同時由于材料的淬硬傾向降低了材料的抗裂性能，在一定的力學因素下，這些都是生成裂紋的冶金因素。力學因素是指由于快熱快冷產(chǎn)生了不均勻的組織區(qū)域，由于熱應變不均勻而導致不同區(qū)域產(chǎn)生不同的應力聯(lián)系，造成焊接接頭金屬處于復雜的應力—應變狀態(tài)。內在的熱應力、組織應力、外加的拘束應力以及應力集中相疊加構成了導致接頭金屬開裂的力學條件。⑶危害性：裂紋特別是冷裂紋是焊縫中危害性最大的缺陷，大部分焊接構件的破壞是由此生。其他所有焊接缺陷如未焊透、未熔合、夾渣等都是通過轉化成裂紋而致使構件破壞的。⑷典型裂紋特征分析熱裂紋（結晶裂紋）形成機理：焊縫金屬在凝固過程中（即在固相線附近的高溫區(qū)內），結晶偏析使雜質生成的低熔點共晶物富集于晶界，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，其強度極小，在焊縫金屬凝固收縮而受到的拉應力作用下，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S、P的含量，隨其增加而產(chǎn)生機率增大；二是隨著冷卻速度加快而增大；三是隨著外加拘束應力增大而增大。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、片、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，確保低熔點物質全部浮出焊縫金屬；采用預熱后熱處理，減小冷卻速度，以減小焊接應力。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°C,奧氏體不銹鋼約是300C）的過程中，主要發(fā)生在熱影響區(qū)的過熱粗晶區(qū)，在焊接殘余應力作用下沿晶界開裂，沉淀強化的鋼種最易產(chǎn)生再熱裂紋。產(chǎn)生機理：再熱裂紋產(chǎn)生機理有多解釋，其中楔形開裂理論是：近縫區(qū)（熱影響區(qū)的過熱粗晶區(qū)）金屬在高溫熱循環(huán)（熱交變應力）作用下，強化相碳化物（如碳化鈦、碳化釩、碳化鈮、碳化鉻等）沉積雁晶內的位錯區(qū)上，使晶內強化強度大大高于晶界強化強度，尤其是強化相彌散分布在晶粒內時，會阻礙晶粒內部調整，又會阻礙晶粒內部的整體變形，這樣，由于應力松弛而帶來的塑性變形就主要由晶界金屬來承擔，于是晶界區(qū)金屬會產(chǎn)生滑移，且在三晶粒交界處產(chǎn)生應力集中而導致沿晶開裂。防止措施：熱處理工藝應盡量避開再熱裂紋的敏感溫度或縮短在此溫度區(qū)停留時間，改善合金元素的強化作用和對再熱裂紋的影響；采用適當?shù)暮盖邦A熱和焊后的后熱處理，控制冷卻速度，以降低焊接殘余應力和避免應力集中。冷裂紋特征：產(chǎn)生于較低溫度，且大多數(shù)在焊后一段時間之后出現(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備，或是接頭內有一定的含氫量，且接頭有較大焊接殘余應力使接頭處于較大的拉應力狀態(tài)之下，淬硬組織會開裂，氫會發(fā)生氫致效應而產(chǎn)生裂紋。防止措施：采用低氫堿性焊條，及時后熱消氫處理，以減小含氫量；選擇合理的焊接規(guī)范,提高預熱溫度，減慢冷卻速度，防止出現(xiàn)淬硬組織；選擇科學的焊接工藝，嚴格控制焊接程序，以減小焊接變形和焊接應力。未焊透：焊接時，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，焊縫熔敷金屬沒有進入接頭根部所形成的缺陷稱之。⑴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。⑵危害性：一是減小了焊縫有效截面積，使接頭承載能力降低；二是會引起應力集中，降低焊縫疲勞強度。未焊透是裂紋源，是構件破壞的主要原因之一。⑶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，合理設置坡口并注意清根質量。未熔合：熔焊時，焊道與母材之間或焊道與焊道之間未完全熔化結合的部分；點焊時，母材與母材之間未完全熔化結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。⑴產(chǎn)生原因：焊接電流過小、速度過快；焊條擺動角度不對或弧偏吹；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。⑵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，且應力集中效應非常明顯，極易擴展成裂紋，其危害程度僅次于裂紋。⑶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。其他缺陷⑴焊縫化學成分或組織不符合要求：如焊材與母材匹配不當，或焊接過程中某些元素燒損致使焊縫化學成分變化或組織不符合要求，從而引起焊縫力學性能和耐腐蝕性能的降低。⑵過熱和過燒：焊接規(guī)范選用不當時，熱影響區(qū)長時間停留在高溫區(qū)，會使晶粒變得粗大，產(chǎn)生過熱組織。當溫度繼續(xù)升高、停留時間加長，會使晶界發(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，只有通過清除（返修）處理。⑶白點：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稱為白點。這是由于焊縫金屬中氫聚集而形成的，危害性極大。第四章鍋爐基礎知識4.1概述鍋爐的定義及用途⑴定義：鍋爐是利用燃料燃燒時產(chǎn)生的熱能或其他能源的熱能，把工質加熱到一定的溫度和壓力的熱能轉換設備。因為鍋爐具有一定的壓力，所以從廣義上講，鍋爐也是壓力容器，但由于鍋爐是直接受火焰加熱，因此它又不同于壓力容器而單獨有自己的一套安全監(jiān)督管理、技術標準、規(guī)范和檢驗規(guī)程。⑵用途：鍋爐是工農業(yè)生產(chǎn)和人民生活中廣泛應用的重要設備。它可以為工農業(yè)生產(chǎn)、交通運輸和人民生活提供動力和熱能。鍋爐的特點⑴要求連續(xù)運行，不得隨意停止運行。⑵鍋爐承受高溫、較高的壓力和熱交變載荷的作用，各受壓元件承受不同的內外壓力和復雜的附加應力，工作條件惡劣、負荷和燃燒的變化大。鍋爐常會因腐蝕、磨損引起的滲漏，結垢阻塞水循環(huán)而引起的鼓包和爆管，或是元件發(fā)生疲勞而破壞?；蚴前踩郊氖Щ蚴ъ`不能及時報警或泄壓致使內壓連續(xù)升高發(fā)生的惡性事故。⑶具有爆炸的危險性，主要原因一是安全附件的失效或失靈不能及時報警或泄壓致使內壓連續(xù)升高，二是元件材質劣化不能承受原來的工作條件。鍋爐爆炸具有很大的破壞性，如一臺蒸發(fā)量10t/h、1.3Mpa的鍋爐爆炸，相當于lOOkgTNT炸藥的爆炸能量。為此，保證鍋爐安全運行是至關重要的。因此我國和世界上大多數(shù)國家都在政府部門設立專管機構，專門從事這類設備的安全監(jiān)察和技術檢驗工作，而且制定了一套嚴格的安全技術監(jiān)察規(guī)定。如“條例”、“蒸規(guī)”、“水規(guī)”、“有機載體規(guī)程”等。4.1.3鍋爐主要參數(shù)⑴客量（輸出功率）：指鍋爐的蒸發(fā)量，即每小時產(chǎn)生的蒸汽量，用：“D”符號表示，單位是“噸/時”熱水鍋爐、有機載體鍋爐指供熱量，即每小時輸出的熱量，以“Q”符號表示，單位是“大卡/時”（焦耳/時）。⑵壓力：指鍋爐出口處（汽包域過熱器）的工作壓力（表壓），常以“P”符號表示，單位是“MPa”或“kgf/cm2”。⑶溫度：指鍋爐出口介質的溫度。對于蒸汽鍋爐為出口處飽和蒸汽或過熱蒸汽的溫度，對于熱水鍋爐為進、出口熱水的溫度，單位是“。C”或“oF”、“oK”，它們之間換算如下：攝氏溫標“。C”、華氏溫標“oF”、絕對溫標“oK”，°C=5OF—32）/9；oF=9°C/5+32；oK=°C+273.2鍋爐額定溫度是指鍋爐輸出蒸汽的最高溫度，有過熱器的是指過熱器出口處蒸汽最高溫度，無過熱器的是指額定壓力下的飽和蒸汽溫度。4.2鍋爐的分類及型號4.2.1分類⑴按用途分：有電站鍋爐、工業(yè)鍋爐、生活鍋爐、船舶鍋爐、機車鍋爐。⑵按載熱介質分：有蒸汽鍋爐、熱水鍋爐、汽水兩用鍋爐、有機載體鍋爐、熱風爐。⑶按燃燒和熱源分：有燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃生物質燃料鍋爐、原子能鍋爐、余熱鍋爐、電熱鍋爐。⑷按本體結構分：有水管鍋爐、火管鍋爐、水火管鍋爐、熱管鍋爐、真空管鍋爐。⑸按介質循環(huán)方式分：有自然循環(huán)鍋爐、強制循環(huán)鍋爐、直流鍋爐。⑹按燃燒方式分：有層燃固定爐排鍋爐和層燃機械化爐排鍋爐、室燃鍋爐、沸騰鍋爐（又稱流化床鍋爐）。⑺按出廠型式分：有散裝鍋爐、組裝鍋爐、整裝鍋爐。⑻按壓力等級分：有低壓鍋爐PW2.45MPa、中壓鍋爐P=3.82MPa、次高壓鍋爐3.82MPaVPV9.81Mpa、高壓鍋爐P$9.81Mpa、超高壓鍋爐P>13.73Mpa、亞臨界鍋爐P=15.7?17.66Mpa、超臨界鍋爐P=23.5?26.5Mpa。⑼按制造管理分：有A級鍋爐，額定P29.81Mpa；B級鍋爐額定，PV9.81Mpa；C級鍋爐，額定PW2.45Mpa；D級鍋爐，額定PW1.27Mpa；E1級鍋爐，額定PW0.4Mpa；E2級鍋爐，額定PV0.1Mpa。4.2.2型號⑴工業(yè)鍋爐型號：由三部分組成，第一部分三段分別表示爐型代號、燃燒設備代號和額定蒸發(fā)量，第二部分二段分別表示額定蒸汽壓力和過熱蒸汽溫度，第三部分表示燃料種類。⑵電站鍋爐型號：由三部分組成，第一部分表示制造廠代號，第二部分表示鍋爐參數(shù)，第三部分表示設計燃料代號和設計次序。4.3鍋爐結構鍋爐結構的基本要求⑴總體要求：安全可靠、高效低耗。⑵具體要求：各部分元件在運行時能按設計預定方向自由膨脹，各循環(huán)回路的水循環(huán)應正常，所有受熱面應得到可靠的冷卻，各受壓元件應有足夠的強度和穩(wěn)定性，受壓元部件結構形式、開孔和焊縫布置應盡量避免或減少復合應力和應力集中，水冷壁爐膛結構應有足夠的承載能力，爐墻應有良好的密封性和耐熱性，鍋爐鋼架等承載結構在承受設計載荷時，應有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性和防腐蝕性，便于安裝、運行操作、檢修和清洗內部，應根據(jù)參數(shù)及燃料的適應性選擇鍋爐結構和燃燒設備，要合理配置輔機設備，安全附件和自控裝置應靈敏可靠。鍋爐主要受壓部件⑴鍋筒：用于匯集、貯存、分離汽水和補充給水的，是鍋爐最重要的部件。⑵鍋殼：它是鍋殼式鍋爐中“包圍”汽水、風煙、燃燒系統(tǒng)的外殼，又稱鍋殼。⑶聯(lián)箱：是連接受熱面管、下降管、連通管、水位表孔等，所以又稱集箱。按其用途可分為水冷壁聯(lián)箱、過熱器聯(lián)箱、省煤器聯(lián)箱等。⑷下降管：是與水冷壁、聯(lián)箱、鍋筒形成水循環(huán)回路。⑸受熱面管子：是鍋爐的主要受熱面，有水管火管之分，如水冷壁管。⑹省煤器:是對給水進入鍋爐前的預熱裝置，是通過高溫煙氣將給水加熱到低于飽和溫度40?50°C并降低排煙溫度。中壓鍋爐省煤器是由蛇形管組成。⑺過熱器：把鍋筒內出來的飽和蒸汽加熱成過熱蒸汽的部件，是用碳鋼或耐熱合金鋼管彎制成蛇形管組合而成。⑻減溫器：是用來調節(jié)過熱蒸汽溫度控制在規(guī)定的范圍內，以滿足生產(chǎn)和安全的目的，其結構與聯(lián)箱相似，內裝有噴水或冷卻水管，是過熱器配套部件。⑼再熱器：是將汽輪機高壓缸內排出的蒸汽再加熱到過熱蒸汽相同或相近的溫度后再回到汽輪機低壓缸去作功，以提高熱效率，一般只用于D>400t/h電臺鍋爐，也是用碳鋼或耐熱合金鋼管彎制成蛇形管組合而成。⑽爐膽：是指立式鍋殼式鍋爐和臥式內燃式鍋爐包圍燃料空間的殼體，承受外壓當其長度超過3m時應采用波紋形結構，主要是用A3g、20g鋼板卷制而成。（11） 下腳圈：是連接爐膽和鍋殼的部件，有U型和L型、H型、S型等，額定工作壓力〉O.IMpa的鍋爐必須用U型下腳圈。（12） 爐門圈、喉管、沖天管：爐門圈是連接鍋殼和爐膽之間燃料進入燃燒室的一段管子，一般鍋爐鋼板壓制成橢圓形焊接而成。、喉管、沖天管均為連接于鍋殼和爐膽之間煙氣排出時所經(jīng)過的一段管子，由無縫鋼管制成，它們均承受外壓，僅在立式鍋爐中可見。鍋爐安全附件⑴工業(yè)鍋爐安全附件：有安全閥、壓力表、水位計、水位報警器、排污閥等。⑵熱水鍋爐：有安全閥、壓力表、溫度計、超溫報警器、排污閥或放水閥等。⑶其它裝置：有給水安全裝置、自動調節(jié)安全裝置及其儀表閥門安全控制裝置。幾種典型鍋爐結構⑴立式彎水管鍋爐：有鍋殼、封頭、爐膽、爐膽頂、U型下腳圈、彎水管、爐門圈、喉管。如P115圖4－3⑵快裝水、火管鍋爐：有鍋筒、下降管、集箱、水冷壁、煙管、省煤器。如P115圖4-4⑶偏鍋筒快裝水、火管鍋爐：有鍋筒、下降管、聯(lián)箱、水冷壁、煙管。如P116圖4-5⑷單橫汽包水管鍋爐：有鍋筒、下降管、聯(lián)箱、水冷壁、過熱器、省煤器。如P116圖4—64.4鍋爐的無損檢測要求應遵循的原則⑴焊縫交叉部住應優(yōu)先檢測。⑵對高參數(shù)大容量鍋爐無損檢測要求應比低參數(shù)、小容量鍋爐高一些（如檢測比例她合格級別）。⑶對要求局部抽查的應全部合格，其未被抽查的應視為合格。若抽查發(fā)現(xiàn)不合格，則應擴大抽查比例，直至進行全部檢測。⑷中、高壓鍋爐采用RT和UT并用。⑸對于封頭、下腳圈拼縫應在加工成形后進行無損檢測。⑹重要的角焊縫若需要無損檢測應采用UT檢測。⑺需要熱處理的應在熱處理后進行無損檢測。⑻厚度$70mm的管子在焊到20mm左右時應做100%RT檢測，焊滿后再做100%UT檢測。⑼定期檢驗時，若未發(fā)現(xiàn)有明顯的變形，可不進行RT和UT檢測，但對重要的角焊縫應進行表面探傷（MT或PT），若發(fā)現(xiàn)表面已產(chǎn)生裂紋時，應進行必要的分析，必要時可對焊縫進行RT或UT檢測，也可對制造或安裝留下的埋藏缺陷進行適當?shù)腞T或UT檢測以確認該缺陷是否擴展成裂紋。4.5.2規(guī)程對鍋爐焊縫探傷的主要要求（見P118表4—4）第五章壓力容器基礎知識5.1概述5.1.1壓力容器的定義及用途⑴定義：從廣義而言，即承受具有壓力的流體介質的密封設備可稱為壓力容器。按“容規(guī)”規(guī)定：其最高工作壓力P^O.lMpa（不含液體靜壓力），內徑（非圓形的指截面的最大尺寸）$0.15m且容積（V）$0.025m3，盛裝介質為氣體、液化氣體或最高工作溫度鼻標準沸點的液體的設備稱為壓力容器。⑵用途：廣泛用于石油、化工、動力、食品等行業(yè)中，人民日常生活中也離不開壓力容器。5.1.2壓力容器的主要參數(shù)⑴壓力參數(shù)：有工作壓力（操作壓力）、最高工作壓力和設計壓力。⑵溫度參數(shù)：有工作溫度（操作溫度）、設計溫度。⑶容器直徑：容器直徑又稱“公稱直徑”，用符號“Dg”表示，單位多用mm表示。分類⑴按安全重要程度分：可分為三類，即第三類壓力容器、第二類壓力容器、第一類壓力容器。⑵按使用情況分：可分為固定式和移動式兩種。⑶按用途分：可分為反應容器、儲存容器、換熱容器、分離容器。⑷按壓力分：可分為低壓容器（L）O.lMPaWPV1.6Mpa；中壓容器（M）1.6MPaWPV10Mpa；高壓容器（H）1OMPaWPV1OOMpa；超壓容器（U）1OOMPaWPV1OOOMpa。我國壓力容器法規(guī)標準⑴法規(guī)與基礎標準的關系⑵基礎標準與相關標準、附屬標準、產(chǎn)品標準的關系5.2壓力容器的典型結構低、中壓壓力容器的筒體結構⑴圓筒形的筒體結構形式⑵球形容器結構高壓容器的筒體結構⑴多層包扎式筒體結構⑵多層熱套式筒體結構⑶多層撓帶（絲）式筒體結構5.2.3壓力容器封頭⑴半球形封頭⑵橢圓形和碟形封頭⑶無折邊球形封頭⑷錐形封頭⑸平蓋封頭壓力容器的開孔和接管⑴接管與殼體的連接⑵接管與外部的連接⑶開孔補強壓力容器的焊接接頭分類及設計的一般規(guī)定⑴焊接接頭分類：按照GB150《鋼制壓力容器》可將壓力容器的焊接接頭分為A、B、C、D四類，A類：圓筒部分的縱向接頭（不含多層包扎鋼板縱向接頭）、球形封頭與圓筒連接的環(huán)向接頭、各種封頭拼接接頭及嵌入式接管與殼體對接接頭；B類：圓筒部分的環(huán)向接頭、錐體封頭小端與接管連接的接頭、長頸法蘭與接管連接的接頭，但己規(guī)定為A、C、D類的除外;C類：平蓋、管板與圓筒連接的接頭、法蘭與殼體、接管連接的接頭、內封頭與圓筒的搭接接頭及多層包板縱向接頭；D類：接管、人孔、緣、補強圈等與圓筒連接的接頭（但己定為A、B類的除外）。⑵設計的一般規(guī)定：不宜采用十字焊縫，B類接頭和球形封頭與圓筒連接的A類接頭，當兩側厚度不等時，若薄板厚度不大于10mm、厚度差超過3mm或薄板厚度燈10mm、厚度差大于薄板厚度的30％或大于5mm均應對厚板的單面或雙面削薄至薄板尺寸；應盡量采用碳全焊透結構；不銹鋼與碳鋼焊接時應采用過渡件，應避免在不銹鋼殼體上直接焊接碳鋼支座。壓力容器制造無損檢測壓力容器用鋼板的無損檢測⑴檢測方法：鋼板無損檢測主要是UT檢測、輔以MT或PT檢測。⑵檢測要求：按“容規(guī)”GB150和JB4730規(guī)定盛裝介質毒性程度為極度、高度危害的，或是液化石油氣且流化氫含量大于10mg/L的壓力容器用鋼板UT檢測質量等級應不低于II級。最高工作壓力大于10Mpa的壓力容器用鋼板UT檢測質量等級不低于III級。移動式壓力容器用鋼板UT檢測質量等級不低于II級。厚度大于30mm的20R、16MnR；厚度大于25mm的15MnVR、15MnVNR、18MnMoNbR、13MnNiMoNbR和Cr－Mo鋼板；厚度大于20mm的16MnDR、15MnNiDR、09Mn2VDR、09MnNiDR的壓力容器用鋼板UT檢測質量等級不低于III級。多層包扎壓力容器內筒用鋼板UT檢測質量等級不低于II級。調質狀態(tài)供貨的壓力容器用鋼板UT檢測質量等級不低于II級。壓力容器用鍛件及無縫鋼管的無損檢測⑴鍛件無損檢測：鍛件分類：壓力容器用鍛有筒形、餅形和碗形。檢測方法：UT（縱、橫波）檢測輔以MT和PT檢測執(zhí)行標準及要求：JB4730、JB4726《壓力容器用碳素鋼、低合金鋼鍛件技術條件》、JB4727《低溫壓力容器用碳素鋼、低合金鋼鍛件技術條件》、JB4728《壓力容器用不銹耐酸鋼鍛件技術條件》的III級鍛件按爐批次號進行UT、MT或PT抽查探傷，W級鍛件應逐件進行UT、MT或PT檢測。⑵無縫鋼管無損檢測壓力容器焊接接頭的無損檢測⑴標準及方法：即JB4730及其規(guī)定的RT、UT、MT、PT、ET和AE六種。⑵檢測時機及方法選擇檢測時機：應按焊接件材質進行選擇，一般有延遲裂紋傾向的材料應在焊接結束24小時后進行檢測，或是36小時后進行檢測（球形容器要求）。方法選擇原則：壁厚W38mm時，對接接頭應選用RT檢測，由于結構原因不能采用RT檢測，允許采用可記錄的超聲儀進行UT檢測。對Dg^800mm的圓筒與封頭的最后一道環(huán)向封閉的不帶墊板的焊接接頭，若