1、第二節 壓力容器制造工藝對鋼材性能的影響冷、熱加工 塑性變形壓力容器制造 焊接組對 焊接工藝熱處理（必要時） 熱處理研究冷或熱壓力加工造成的塑性變形、焊接工藝和熱處理對鋼材性能的影響。 塑性變形材料在載荷下的變形：彈性變形；塑性變形或永久變形材料在塑性變形中內部性能的變化：應變硬化；熱加工和冷加工各向異性；應變時效一、應變硬化（見應力-應變曲線圖）從該曲線可以看到，從d 卸載后，dg表示消失了的彈性變形,而od表示不再消失的塑性變形。卸載后，在短時間內再次加載，則應力應變關系按照dd變化，到了d 以后，按照def變化。到d以前材料都是彈性的，以后才出現塑性變形。相當于形成了新的材料曲線。比較，

2、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。表明在常溫下把材料拉伸到塑性變形，然后卸載，當再次加載時，將使材料的比例極限提高，而塑性減低。這種現象稱為應變硬化。（加工硬化、冷做硬化）材料力學。應變硬化經退火，可消失。加工硬化可提高材料的抗變形能力，但塑性降低二、冷加工和熱加工從金屬學的觀點來區分，冷、熱加工的分界線是金屬的再結晶溫度。熱加工或熱變形: 凡是在再結晶溫度以上進行的塑性變形。特點：熱變形時加工硬化和再結晶現象同時出現，但加工硬化被再結晶消除，變形后具有再結晶組織，因而無加工硬化現象。冷加工或冷變形: 在再結晶溫度以下進行的塑性變形。特點：冷變形中無再結晶出現

3、，因而有加工硬化現象。由于冷變形時有加工硬化現象，塑性降低，每次的冷變形程度不宜過大，否則，變形金屬將產生斷裂破壞。 鋼板沖壓成各種封頭后，由于塑性變形，厚度會發生變化。例如，鋼板沖壓成半球形封頭后，底部變薄，邊緣增厚。在壓力容器設計時，應注意這種厚度的變化。三、各向異性金屬材料力學性能產生方向性熱加工金屬再結晶纖維組織呈纖維狀非金屬夾雜物帶狀組織a、平行纖維組織方向的強度、 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，性能差異越明顯第二項合金因勢利導：纖維組織的穩定性高，不能用熱處理方法加以消除。 壓力容器設計時，應盡可能使零件在工作時產生的最大正應力。 與纖維方向重合，最大切

4、應力方向與纖維方向垂直。四、應變時效經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，會出現屈服點和抗拉強度提高，塑性和韌性降低的現象，稱為應變時效。冷加工應用舉例：筒節冷卷、封頭冷旋壓。應變時效危害：發生應變時效的鋼材，不但沖擊吸收功大幅度下降，而且韌脆轉變溫度大幅度上升，表現出常溫下的脆化。降低應變時效的措施：一般認為，合金元素中，碳、氮增加鋼的應變時效敏感性。減少碳、氮含量，加入鋁、鈦、釩等元素，使它們與碳、氮形成穩定化合物，可顯著減弱鋼的應變時效敏感性。 焊接焊接：是壓力容器制造過程的重要環節和質量必須得到保證的環節。通過加熱或（和）加壓，使焊件達

5、到原子或分子結合的一種加工方法。焊接方法：熔焊 （壓力容器制造中應用最廣）壓焊釬焊熔焊機理：融化的母材熔池焊接接頭加熱至熔化填充金屬冷卻結晶后形成牢固的原子間結合，使待連接件成為一體焊接技術：各種焊接方法、焊接工藝、焊接材料、焊接設備及其基礎理論的總稱。焊接接頭：用焊接方法連接的接頭。一、 焊接接頭的組織和性能焊接接頭組成：焊縫、熔合區、熱影響區。 1、焊縫由熔池的液態金屬凝固結晶而成，通常由填充金屬和部分母材金屬組成。因結晶是從熔池邊緣的半熔化區開始的，低熔點的硫磷雜質和氧化鐵等易偏析集中在焊縫中心區，影響焊縫的力學性能。2、熔合區：焊接接頭中，焊縫向熱影響區過渡的區域。組織：熔合區的加熱溫

6、度在合金的固相和液相線之間，其化學成分和組織性能有很大的不均勻性性能：塑性差、強度低、脆性大、易產生焊接裂紋，是焊接接頭中最薄弱的環節之一。3、熱影響區：是焊縫兩側母材因焊接熱作用（但未熔化）而發生金相組織和力學性能變化的區域。組織及性能：在熱影響區內，各處離開焊縫金屬距離不同，材料被加熱和冷卻速度也不同，從而形成了多種金相組織區，使其力學性能也不同。以低碳鋼為例加以說明熱影響區的各個金相組織區：過熱區：對于焊接剛度大的結構或含碳量高的易淬火鋼，常在此區產生裂紋；正火區：焊接接頭中組織和性能最好的區域；部分正火區：力學性能不均勻。二、焊接應力與變形焊接焊接件產生溫度梯度 接頭組織和性能的不均勻

7、焊接應力和應變焊接應力和變形：分別是指焊接過程中焊件內產生的應力和變形。焊接殘余應力：焊后殘留在焊件內的焊接應力。它是沒有外載荷作用時就存在的應力。焊接殘余應力的危害：焊接殘余應力與外載荷產生的應力疊加，局部區域應力過高，使結構承載能力下降，引起裂紋，甚至導致結構失效。焊接變形的危害：焊接變形使焊件形狀和尺寸發生變化，需要進行矯形。變形過大會因無法矯形而報廢。平板對接焊縫焊接殘余應力分布見圖3-1所示由于焊縫和近焊縫區的熱變形受到約束，會產生焊接殘余變形。如果在焊接過程中，焊件能較自由伸縮，則：焊后的變形較大而焊接應力小；反之，變形小，焊接應力大。此外，焊接前壓力容器成形不符合要求，例如筒體的

8、不圓度，也會產生焊接裝配應力，使局部區域應力升高。三、 少焊接應力和變形的措施：設計焊接工藝如：盡量減少焊接接頭數量相鄰焊縫間應保持足夠的間距盡可能避免交叉，避免出現十字焊縫焊縫不要布置在高應力區焊前預熱等等當焊接造成的殘余應力會影響結構安全運行時，還需設法消除焊接殘余應力。四、 焊接接頭常見缺陷a、裂紋形成：在焊接應力及其它致脆因素共同作用下，焊接接頭中局部區域的金屬原子結合力遭到破壞而形成的縫隙。特點：它具有尖銳的裂端和大的長寬比。位置：裂紋多數發生在焊縫中，也有的產生在焊縫熱影響區。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是由裂紋引起的。根據裂紋的形成條件、時間和溫度的

9、不同，焊接裂紋一般可分為：熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋、應力腐蝕裂紋、層狀撕裂。b、夾渣殘留在焊縫金屬中的熔渣稱為夾渣。危害：因夾渣的幾何形狀不規則，存在棱角或尖角，易造成應力集中，它往往是裂紋的起源，過長和密集的夾渣是不允許存在的。c、未焊透：焊接接頭根部未完全熔透而留下空隙的現象稱為未焊透。危害：它減少了焊縫的有效承載面積，在根部處產生應力集中，容易引起裂紋，導致結構破壞。d、未熔合：對于厚截面結構，熔焊時需要多道焊接。焊道與母材之間，或焊道與焊道之間，未能完全熔化結合的部分稱為未熔合。危害：它類似于裂紋，易產生應力集中，是危險缺陷。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形

10、成的金屬堆積。危害：易造成應力集中，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形成的孔穴。危害：它在一定程度上減少了焊縫的承載面積，但由于沒有尖銳的邊緣，危害性相對較小。g、咬邊：沿著焊趾的母材部位產生的凹陷或構槽，稱為咬邊。危害：它不僅會減少母材的承載面積，還會產生應力集中，危害較為嚴重，較深時應予消除。五、焊接接頭檢查a、破壞性檢查b、非破壞性檢查 外觀檢查直觀檢驗直觀檢驗量具檢驗密封性檢驗：（用水、氣、油等）無損檢測：射線透照檢測（測表面和近表面缺陷）超聲檢測 （測表面和近表面缺陷）表面檢測（測表面和

11、近表面缺陷）：磁粉檢測滲透檢測渦流檢測注意:1. 超聲檢測: 對裂紋型(面型)缺陷敏感;射線檢測: 對氣孔型(體型)缺陷敏感。2. 磁粉檢測: 適用于鐵磁性材料,不適用于非鐵磁性材料(如不銹鋼);渦流檢測: 適用于導電材料,不適用于非導電材料;滲透檢測: 適用于金屬材料和致密性非金屬材料,不適用于疏松的多孔性材料。 熱處理壓力容器制造中的熱處理：焊后消除應力熱處理改善綜合性能熱處理：固溶處理穩定化處理一、焊后消除應力熱處理目的：盡量消除因塑性變形加工、鍛造、焊接等引起的殘余應力，改善焊接接頭的塑性和韌性，恢復因冷作和時效而劣化的力學性能。應用：當鋼板很厚，介質的毒性程度為極度或高度危害，或有應力 腐蝕傾向時，壓力容器應進行焊后熱處理。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行熱處理。對于壓力容器中經常遇到的厚截面鋼板或鍛件，很難使整個截面上的性能盡可能均勻，此時應精心設計熱處理工藝并嚴格執行。二、改善綜合性能熱處理1、固溶處理將合金加熱到一定溫度并保持足夠長時間,使過剩相充分