1、第四章第四章 鍋爐壓力容器強度設計及制造要求鍋爐壓力容器強度設計及制造要求教學目標n1 掌握強度設計的概念、鍋爐壓力容器鋼材、常見掌握強度設計的概念、鍋爐壓力容器鋼材、常見受壓元件的強度計算、薄壁筒體開孔補強等知識受壓元件的強度計算、薄壁筒體開孔補強等知識 n2 熟悉鍋爐壓力容器設計參數的確定、設計公式的熟悉鍋爐壓力容器設計參數的確定、設計公式的使用及開孔補強的計算方法使用及開孔補強的計算方法 n3 了解鍋爐壓力容器制造的主要工序了解鍋爐壓力容器制造的主要工序 n4 掌握鍋爐壓力容器制造中常見缺陷的種類、產生掌握鍋爐壓力容器制造中常見缺陷的種類、產生的原因、對安全的影響及控制要求的原因、對安全

2、的影響及控制要求 n5 了解鍋爐壓力容器制造質量管理方法了解鍋爐壓力容器制造質量管理方法 第四章第四章 鍋爐壓力容器強度設計及制造要求鍋爐壓力容器強度設計及制造要求教學基本內容n1 強度設計概述強度設計概述 n2 鍋爐壓力容器用鋼材鍋爐壓力容器用鋼材 n3 筒體與封頭強度設計筒體與封頭強度設計 n4 開孔補強開孔補強 n5 鍋爐壓力容器結構設計的安全問題鍋爐壓力容器結構設計的安全問題 n6 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制 n7 鍋爐壓力容器制造管理鍋爐壓力容器制造管理 第四章第四章 鍋爐壓力容器強度設計及制造要求鍋爐壓力容器強度設計及制造要求教學重難點n1 強度設計，開孔補強

3、強度設計，開孔補強 n2 鍋爐壓力容器的常見缺陷及質量控制鍋爐壓力容器的常見缺陷及質量控制 第一節第一節 強度設計概述強度設計概述一一 鍋爐壓力容器的失效鍋爐壓力容器的失效 構件失效構件失效 強度失效強度失效 剛度失效或失穩失效剛度失效或失穩失效 第一節第一節 強度設計概述強度設計概述二二 強度設計的任務強度設計的任務鍋爐壓力容器常規強度設計的任務是： 第一第一 根據受壓元件的載荷和工作條件，選用合適根據受壓元件的載荷和工作條件，選用合適的材料；的材料；第二第二 基于對受壓元件一次應力的限制，通過計算基于對受壓元件一次應力的限制，通過計算確定受壓元件的壁厚；確定受壓元件的壁厚；第三第三 根據結

4、構各處等強度的原則，進行結構強度根據結構各處等強度的原則，進行結構強度設計，包括焊縫布置及焊接接頭結構設計，開孔布置設計，包括焊縫布置及焊接接頭結構設計，開孔布置及接管結構設計，筒體與封頭、管板、法蘭連接結構及接管結構設計，筒體與封頭、管板、法蘭連接結構設計，支承結構設計等。設計，支承結構設計等。第四第四 對設備制造質量及運行條件作出必要的規定。對設備制造質量及運行條件作出必要的規定。第一節第一節 強度設計概述強度設計概述強度設計也叫強度計算強度設計也叫強度計算 設計計算：設計計算：已知材料、元件外形尺寸、元件工作溫度已知材料、元件外形尺寸、元件工作溫度及載荷的情況下，決定元件壁厚。及載荷的情

5、況下，決定元件壁厚。校核計算：校核計算：已知材料、元件外形尺寸、元件壁厚及使已知材料、元件外形尺寸、元件壁厚及使用溫度的情況下，核算元件所能承受的壓力載荷。用溫度的情況下，核算元件所能承受的壓力載荷。第一節第一節 強度設計概述強度設計概述三三 強度理論及強度條件強度理論及強度條件強度條件的通常表達式為：強度條件的通常表達式為： iS1 第一強度理論第一強度理論2 第三強度理論第三強度理論3 第四強度理論第四強度理論第一節第一節 強度設計概述強度設計概述四四 設計準則設計準則1 彈性失效準則彈性失效準則 2 塑性失效準則塑性失效準則3 彈塑性失效準則彈塑性失效準則4 疲勞失效準則疲勞失效準則5

6、斷裂失效準則斷裂失效準則6 蠕變失效準則蠕變失效準則第一節第一節 強度設計概述強度設計概述五五 應力分類與分析設計應力分類與分析設計壓力容器強度設計的兩個分支：壓力容器強度設計的兩個分支：常規設計常規設計以壁厚中的薄膜應力或平均應力為基礎，以壁厚中的薄膜應力或平均應力為基礎，通過強度理論建立設計判據。通過強度理論建立設計判據。分析設計分析設計對容器上的各種應力進行分類，不同的對容器上的各種應力進行分類，不同的應力在判據中賦予不同的權重。應力在判據中賦予不同的權重。第二節第二節 鍋爐壓力容器用鋼材鍋爐壓力容器用鋼材一一 金屬材料的常溫力學性能金屬材料的常溫力學性能1 強度與塑性指標強度與塑性指標

7、2 硬度硬度3 沖擊韌度沖擊韌度金屬材料性能使用性能工藝性能物理、化學、力學鑄造、鍛造、焊接、熱處理、切削第二節第二節 鍋爐壓力容器用鋼材鍋爐壓力容器用鋼材二二 溫度對材料力學性能的影響溫度對材料力學性能的影響1 鋼材在使用溫度下的強度性能鋼材在使用溫度下的強度性能 第二節第二節 鍋爐壓力容器用鋼材鍋爐壓力容器用鋼材2 長期高溫時的鋼材組織變化長期高溫時的鋼材組織變化（1）蠕變）蠕變（2）熱松弛）熱松弛第二節第二節 鍋爐壓力容器用鋼材鍋爐壓力容器用鋼材（3）珠光體球化）珠光體球化第二節第二節 鍋爐壓力容器用鋼材鍋爐壓力容器用鋼材鋼材組織鐵素體：鐵或其內固溶有一種或數種其他元素所形成的晶體點陣為

8、體心立方的固溶體。第二節第二節 鍋爐壓力容器用鋼材鍋爐壓力容器用鋼材奧氏體：鐵內固溶有碳或其他元素，晶體結構為面心立方的固溶體。第二節第二節 鍋爐壓力容器用鋼材鍋爐壓力容器用鋼材滲碳體：晶體點陣為正交點陣，化學式近似于Fe3C的一種間隙式化合物。第二節第二節 鍋爐壓力容器用鋼材鍋爐壓力容器用鋼材珠光體：從高溫緩慢冷卻時發生共析轉變所形成的，其立體形態為鐵素體薄層與碳化物薄層交替重疊的層狀復相物。第二節第二節 鍋爐壓力容器用鋼材鍋爐壓力容器用鋼材（4）石墨化）石墨化第二節第二節 鍋爐壓力容器用鋼材鍋爐壓力容器用鋼材三三 鋼材的脆性鋼材的脆性區分概念區分概念脆性脆性因工作條件（特別是工作溫度）的變

9、化而造成的鋼材韌性的降低，是外部原因造成的鋼材性能變化，金屬組織通常不發生變化。 脆化脆化鋼材組織變化而造成的韌性降低，是一種 更為危險的脆性。第二節第二節 鍋爐壓力容器用鋼材鍋爐壓力容器用鋼材1 冷脆性冷脆性防止避免冷脆破壞的方法防止避免冷脆破壞的方法 保證鋼材在制造使用和維護中的溫度高于“韌脆轉變溫度”。 韌脆轉變溫度的高低主要和以下因素有關：韌脆轉變溫度的高低主要和以下因素有關：第一第一 缺陷情況。缺陷情況。 第二第二 加載速度。加載速度。 第三第三 構件厚度。構件厚度。 第四第四 鋼材的冶煉條件及雜質含量。鋼材的冶煉條件及雜質含量。 第二節第二節 鍋爐壓力容器用鋼材鍋爐壓力容器用鋼材無

10、塑性轉變溫度無塑性轉變溫度 沖擊韌性降低而材料呈現脆性的溫度。 第二節第二節 鍋爐壓力容器用鋼材鍋爐壓力容器用鋼材2 熱脆性熱脆性鋼材長時間停留在400-500后再冷卻至室溫時，沖擊韌度值有明顯下降，這種現象稱鋼材的熱脆性。3 氫脆氫脆4 苛性脆化苛性脆化（1）在材料中須存在著較高的局部應力，一般接近鋼材的屈服強度；（2）在材料的局部高應力區有與較高濃度的氫氧化鈉溶液相接觸的條件；（3）須具有一定的溫度。產生條件產生條件第二節第二節 鍋爐壓力容器用鋼材鍋爐壓力容器用鋼材四四 鋼材的腐蝕鋼材的腐蝕1 應力腐蝕2 氧腐蝕3 鍋爐煙氣側的低溫硫腐蝕4 壓力容器特定介質的腐蝕第二節第二節 鍋爐壓力容器

11、用鋼材鍋爐壓力容器用鋼材五五 對鍋爐壓力容器用鋼的要求對鍋爐壓力容器用鋼的要求1 冶金質量2 力學性能3 工藝性能4 耐腐蝕性能第二節第二節 鍋爐壓力容器用鋼材鍋爐壓力容器用鋼材六六 鍋爐壓力容器常用鋼材鍋爐壓力容器常用鋼材常用鋼材包括：碳素鋼、低合金鋼、高合金鋼、熱強剛、低溫用鋼。第三節第三節 筒體與封頭強度設計筒體與封頭強度設計一一 主要設計參數主要設計參數1 壓力和溫度（1）壓力1）工作壓力 2）設計壓力 3）計算壓力 第三節第三節 筒體與封頭強度設計筒體與封頭強度設計（2）溫度1）工作溫度 2）設計溫度 2 安全系數與許用應力3 減弱系數（1）焊縫減弱系數 （2）孔橋減弱系數第三節第三

12、節 筒體與封頭強度設計筒體與封頭強度設計4 附加壁厚5 厚度（1）計算厚度 （2）設計厚度 （3）名義厚度 （4）有效厚度 第三節第三節 筒體與封頭強度設計筒體與封頭強度設計二二 內壓筒體與封頭設計內壓筒體與封頭設計1 圓筒與球殼強度設計（1）圓筒（2）球殼2 橢球形封頭強度設計第四節第四節 開孔補強開孔補強一一 不需補強的最大孔徑不需補強的最大孔徑容器開孔同時滿足下述條件的，可不另行補強： 1 設計壓力2.5MPa。2 兩相鄰開孔中心的間距（對曲面間距以弧長計算）應不小于兩孔直徑之和的兩倍。3 接管公稱外徑89mm。4 接管最小壁厚滿足表4-10要求。第四節第四節 開孔補強開孔補強二二 補強

13、的有關要求補強的有關要求1 有效補強范圍2 開孔補強的設計原則第四節第四節 開孔補強開孔補強第四節第四節 開孔補強開孔補強 3第四節第四節 開孔補強開孔補強第四節第四節 開孔補強開孔補強第四節第四節 開孔補強開孔補強第四節第四節 開孔補強開孔補強第四節第四節 開孔補強開孔補強第四節第四節 開孔補強開孔補強第四節第四節 開孔補強開孔補強retfdA12第四節第四節 開孔補強開孔補強ntnddB222max接管實際外伸長度ntdhmin1接管實際內伸長度ntdhmin2第四節第四節 開孔補強開孔補強321AAAAe1A殼體有效厚度減去計算厚度之外的多余面積 reetefdBA121接管有效厚度減去

14、計算厚度之外的多余面積2ArtetrtetfChfhA2212223A焊縫金屬的截面積，mm2。可根據角焊縫的具體尺寸計算確定 AAeAAe第四節第四節 開孔補強開孔補強ntt第四節第四節 開孔補強開孔補強(1)補強及補強方法判別 補強判別 根據表4-10，允許不另行補強的最大接管外徑為89mm。此開孔外徑等于159mm，故需考慮其補強計算。 補強計算方法判別 開孔直徑 mmCddi154225 . 421592mmd154900218002iD，滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故可用等面積補強法進行開孔補強計算。(2) 開孔削弱所需要的補強截面積A封頭計算厚度 由于在橢圓形封頭中心區域開

15、孔，所以封頭的計算厚度按式(4-16)確定。因為液體靜壓力可以忽略，即第四節第四節 開孔補強開孔補強ppc標準橢圓形封頭K1=10 . 1；又因開孔處焊接接頭系數 mmpDpKcc5 .125 . 25 . 00 . 1163218005 . 29 . 05 . 02ti1故封頭計算厚度開孔削弱所需要的補強截面積663. 0163108tttrfmmCtntet5 . 225 . 4先計算強度削弱系數接管有效厚度為即開孔削弱所需要的補強截面積21946)663. 01 (5 . 25 .1225 .1215412mmfdAret第四節第四節 開孔補強開孔補強（3）補強范圍ntnddB222ma

16、xmm3081995 . 421821543081542max有效寬度2003 .265 . 4154min1接管實際外伸長度ntdhmm3 .2603 .265 . 4154min2接管實際內伸長度ntdh有效高度 外側高度：內側高度：mm0 第四節第四節 開孔補強開孔補強(3) 補強面積殼體有效厚度減去計算厚度之外的多余面積reetefdBA121663. 015 .122185 . 225 .12218154308mmpdpcttict76. 15 . 2110821505 . 2 2rtetrtetfChfhA22122229 .380663. 076. 15 . 23 .262mm接

17、管有效厚度減去計算厚度之外的多余面積接管計算厚度所以 2533mm第四節第四節 開孔補強開孔補強3A236488212mmA焊縫金屬的截面積（焊腳取8mm）因是內平齊接管，所以 4A23218 .622648 .25533mmAAAAe242 .13238 .6221946mmAAAe（4）需另加補強面積故需另加補強面積第四節第四節 開孔補強開孔補強（5）補強圈設計 根據接管公稱直徑dN150選補強圈，參照JBT 4736-2002補強圈取補強圈外徑mmD3002mmD16312308DmmBmmDDA66. 91633002 .1323124，內徑補強圈在有效補強范圍內。補強圈計算厚度為：考

18、慮腐蝕裕量和鋼板厚度負偏差并經圓整，取補強圈名義厚度為12mm。但為了便于制造和材料準備，補強圈名義厚度可取為封頭的名義厚度，即為18mm。第四節第四節 開孔補強開孔補強第五節第五節 鍋爐壓力容器結構設計的安全問題鍋爐壓力容器結構設計的安全問題結構設計應遵循的原則結構設計應遵循的原則 1 結構不連續處平滑過渡2 引起應力集中或削弱強度的結構相互錯開。如開孔、轉角、焊縫等部位3 避免采用剛性過大的焊接結構4 受熱系統及部件的脹縮不要受到限制。（受限會產生熱應力）5 合理地布置鍋爐受熱面，保證適當的水位和良好的水循環，使受熱面得到可靠的冷卻。第五節第五節 鍋爐壓力容器結構設計的安全問題鍋爐壓力容器

19、結構設計的安全問題6 對鍋爐壓力容器的其他要求（1）鍋爐壓力容器各部分在運行時能按設計預定方向自由膨脹。（2）各受壓部件應有足夠的強度，并有可靠的安全保護設施，防止超壓。（3）受壓元、部件結構的形式、開孔和焊縫的布置應盡量避免或減小復合應力和應力集中。如開橢圓孔時長軸方向與筒體環向應力平行。（4）鍋爐爐膛的結構應有足夠的承壓能力和可靠的防爆措施，并有良好的密封性。（5）鍋爐壓力容器結構應便于安裝、檢修和清洗內外部。（6）承重結構在承受設計載荷時應具有足夠的強度、剛度、溫度性和防腐蝕性。第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制一一 鍋爐壓力容器制造的主要工序鍋爐壓力容器制造

20、的主要工序1 封頭成形和筒身卷制封頭成形和筒身卷制（1）備料1）放樣、劃線。2）下料。剪切下料；沖壓落料；火焰切割。（2）成形1）沖壓成形。整體沖壓；瓦片沖壓；瓣片沖壓。2）卷制成形。冷卷成形；熱卷成形；旋壓成形。第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制壓制壓制壓制是冷作工藝中重要的加工方法之一，一般以金屬板材為坯料，利用壓力機上的沖壓模具，或者專用機床，使板料變形，得到一定形狀的金屬構件。例如封頭、瓦片、過渡錐體和撐架等零件的壓制成型等。壓制工藝的特點壓制工藝的特點 第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制用壓力機可以獲得其它加工方法不能或難以制造

21、的零件。壓制成型后的工件一般不需要對成形部位進行機械加工，成形部位的尺寸精度較高。在材料耗費不大的情況下，可獲得強度、剛性大的工件。便于機械化與自動化，生產率高、操作方便。第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐及壓力容器制造中常用的壓制工藝鍋爐及壓力容器制造中常用的壓制工藝 1 1、拉伸（又稱拉延）：受壓制力作用，使鋼板坯料壓制成空心零件的工藝過程如各種平底封頭，橢圓封頭及球形封頭的成形等。654321第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制2 2、彎曲：利用模具或其他專用設備使坯料在彎曲力的作用下，發生彎曲塑性變形而獲得一定角度或形狀如球瓣瓦

22、片，錐體瓦片以及筒體卷園前的預彎等第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制封頭壓制（1）冷壓 冷壓時勞動條件好，生產成本低。在封頭或瓦片等零件的壓制過程中，鋼板的變形較大，會產生冷作硬化現象，甚至會出現裂紋。冷壓一般僅適用于形狀簡單，鋼板厚度小于6，且塑性較好的材料。（2）熱壓 由于封頭壓制過程中塑性變形較大，所以封頭壓制大都采用熱壓，從而避免冷壓產生的冷作硬化等缺陷。第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制（3）封頭旋壓 對于碟形或錐形封頭還可以采用旋壓機旋壓成形，旋壓成型分為冷旋壓和熱旋壓兩種方式，對于壁厚較厚的封頭一般需要加熱旋壓，熱旋壓需要在

23、旋壓機上增加一種加熱裝置。最常用的設備為臥式無胎旋壓機，并且多為冷加工，其工作原理如圖所示 第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制卷板機工作原理 三輥卷板機工作原理如圖所示，下輥是主動輪，上輥能作垂直升降調整距離，因此能卷制不同半徑和板厚的筒節。板材的彎曲時借助于上輥向下移動產生的壓力，使板材產生塑性變形來達到的，板材并沿著下輥旋轉的方向向前移動，并帶動上輥旋轉，隨著滾筒的多次來回旋轉，獲得所要求的曲率。IIIIII第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制筒體壓（卷）制成型方法 按成型溫度不同，可分為冷壓、熱壓和溫壓三種成形方式： 1：冷成形指在常

24、溫狀態下進行卷制或壓制，它適用于中薄板的成形； 2：熱成形是將板材加熱到指定的溫度（正火溫度以上），并在額定的溫度范圍內進行卷制或壓制，一般用于厚板的成形； 3：溫成形是指將板材加熱到500600oC進行卷制或壓制，熱成形溫度一般在金屬的再結晶溫度以上。筒身瓦片壓制示意圖第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制2 總裝總裝（1）坡口制備。刨邊機加工坡口；立式機床加工坡口；切割坡口。（2）裝配。筒節縱縫裝配；殼體環縫的組裝；人孔、接管、支座等部件與殼體的組裝。（3）焊接3 無損檢測。原材料、焊縫。無損檢測。原材料、焊縫。4 熱處理。爐內整體熱處理；爐內分段熱處理；焊熱處理。

25、爐內整體熱處理；爐內分段熱處理；焊縫局部熱處理。縫局部熱處理。第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制二二 焊接缺陷對安全的影響及質量要求焊接缺陷對安全的影響及質量要求1 焊接缺陷的種類（1）分類。金屬熔化焊焊接缺陷分裂紋、孔穴、固體夾雜、未熔合和未焊透、形狀缺陷以及其他缺陷共6類。（2）標記和說明。金屬熔化焊焊縫缺陷分類及說明（GB/T6417-1986） 第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制2 焊接缺陷產生的原因及預防措施（1）形狀缺陷。 1）焊縫尺寸不符合要求。第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制 防止措施：選擇適

26、當的坡口角度及裝配間隙；正確選擇焊接規范；提高焊工的操作技術水平。 原因： 焊接坡口角度不當或裝配間隙不均勻；焊接規范選擇不當，如電流過大或過小，焊接速度過快或過慢；操作不當，如運條手法不正確，焊條與工件夾角太大或太小。第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制2）咬邊。第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制電流和焊速要適當；焊條角度和運條方法應正確，電弧不要太長。原因： 主要是焊接電流太大和運條不當造成的。平角焊、立焊、橫焊、仰焊時容易產生咬邊，平對接焊一般不易出現。防止措施：第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制 3）焊瘤

27、。第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制在角焊、立焊、橫焊、仰焊時要壓低電弧，適當增加焊速，保證正確的焊條角度，注意電弧不要在一處停留太久。原因： 電弧拉得太長；焊速太慢，焊條角度或運條方法不正確。平對接焊時主要是由于電流過大，造成后半根焊條過熱、熔化過快等原因，致使熔池鐵水猛增而造成焊瘤。在角焊、立焊、橫焊、仰焊時易產生焊瘤。 防止措施：第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制4）弧坑。電弧焊時，由于熄弧速度過快，焊接薄板時使用的焊接電流偏大，在操作時突然斷弧等原因產生。在埋弧自動焊時，主要是由于沒有遵守先停機后斷電流的操作規程而引起的。防止措施

28、：在收尾斷弧時，焊條要在熔池內作短時間的停留或作幾次環形運條，使足夠的金屬填滿熔池，然后再斷弧。第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制（2）未熔合和未焊透1）未熔合原因：防止措施：第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制2）未焊透 原因：防止措施：第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制（3）氣孔和夾渣 第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制（4）裂紋 1）冷裂紋 第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制2）熱裂紋 第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制3）

29、再熱裂紋 第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制3 焊接缺陷對安全的影響一是由于缺陷存在，減少了焊縫的承載截面積，削弱了焊縫的靜力抗拉強度，嚴重時也會導致殼體的延性破壞。這種影響的嚴重程度主要決定于缺陷截面積的大小，可直接估算和評價。 另一方面，也是最主要的方面，是由于缺口的存在改變了缺口周圍的受力條件，不利于材料的塑性變形，使之趨于或處于脆性狀態，同時還引起缺口根部的應力集中，易于產生裂紋和使裂紋擴展，導致殼體的脆性破裂、疲勞破裂或應力腐蝕破裂。 第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制三三 焊縫及產品質量檢查焊縫及產品質量檢查（一）（一） 焊縫

30、無損探傷檢查焊縫無損探傷檢查1 射線探傷 x 射線和射線和射線都是電磁波，它們的波長很短（射線都是電磁波，它們的波長很短（ x 射線為射線為0.001-0.1nm，射線為射線為0.0003-0.1nm)，能透過不透明的物體（包括金屬），并能使膠片能透過不透明的物體（包括金屬），并能使膠片感光。將感光后的膠片顯影后，能感光。將感光后的膠片顯影后，能看到材料內部結構和缺陷相對應黑度不同的看到材料內部結構和缺陷相對應黑度不同的圖像，從而觀察材料內部缺陷的方法稱作圖像，從而觀察材料內部缺陷的方法稱作射射線照相探傷法線照相探傷法。第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制射線穿過某一

31、物質時，由于物射線穿過某一物質時，由于物質對射線吸收與散射的作用，質對射線吸收與散射的作用，其能量便被物質所衰減，被衰其能量便被物質所衰減，被衰減能量的大小與射線的波長和減能量的大小與射線的波長和被穿透物質的化學成分有關。被穿透物質的化學成分有關。由感光底片不同的黑度，來觀由感光底片不同的黑度，來觀察物體內部缺陷存在的部位性察物體內部缺陷存在的部位性質和程度，以判斷缺陷。質和程度，以判斷缺陷。第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制缺陷判斷：裂紋在底片上多呈現為略帶曲折的、波浪狀的黑色細條紋，輪廓較分明，兩端較尖細，中間稍寬，分枝不多；未焊透多呈斷續或連續的黑直線，坡口形

32、式不同，其在焊縫中的位置也不同；氣孔在底片上多呈圓形、橢圓形黑點，其黑度在中間處較大并均勻地向邊緣處減小；夾渣在底片上多呈不同形狀的點和條狀。點狀夾渣呈單獨黑點，外觀不太規則并帶有棱角，黑度較均勻；條狀夾渣呈寬而短的粗線條狀，形狀不規則，黑度變化也沒有規律。咬邊呈黑度較深的粗線條。第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制射線照相質量標準射線照相質量標準根據缺陷的性質和數量，焊縫質量分為四級：根據缺陷的性質和數量，焊縫質量分為四級： 級級焊縫內應無裂紋、未熔合、未焊透和條焊縫內應無裂紋、未熔合、未焊透和條狀夾渣；狀夾渣； 級級焊縫內應無裂紋、未熔合和未焊透；焊縫內應無裂紋、

33、未熔合和未焊透； 級級焊縫內應無裂紋、未熔合以及雙面焊和焊縫內應無裂紋、未熔合以及雙面焊和加墊板的單面焊中的未焊透；加墊板的單面焊中的未焊透； 級級為焊縫缺陷超過為焊縫缺陷超過級者。級者。第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制各種射線照相的性能比較各種射線照相的性能比較 x射線射線 射線射線 1.焊縫厚度小于焊縫厚度小于50mm時，靈敏時，靈敏 1.穿透能力大穿透能力大,能透照能透照300mm鋼板；鋼板； 度比度比射線高；射線高； 2.設備輕便設備輕便,操作簡便；操作簡便； 2.透照時間短透照時間短,速度快；速度快； 3.不需要電源不需要電源,可野外作業；可野外作業；

34、3.設備復雜設備復雜,費用大；費用大； 4.環形焊縫可采用一次曝光；環形焊縫可采用一次曝光； 4.穿透能力小；穿透能力小； 5.透視時間長；透視時間長； 5.適用厚度適用厚度30-50mm。 6.適用厚度適用厚度50mm以上。以上。第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制射線檢測方法的特點：1）射線檢測方法有底片，能夠詳細記錄檢測的信息，且可以長期保存；2）在定量方面，射線檢測方法對體積型缺陷（氣孔、夾渣類）的尺寸確定比較準確，檢出率高；3）普通的射線檢測適宜檢驗厚度較薄的工件，對于較厚的工件，需要高能量的射線檢測設備；4）適宜檢測對接焊縫；5）由于是穿透過檢驗，檢測時需

35、要接近工件的兩面，因此結構和現場條件有時會限制檢測的進行；6）根據射線底片的缺陷圖像，可精確地判斷缺陷在平面上的位置、尺寸和種類，但對缺陷在工件中厚度方向的位置、尺寸的確定比較困難；7）射線不僅對人體有傷害，對環境也有一定的污染。第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制2 超聲波探傷 超聲波探傷是利用超聲波（頻率超過超聲波探傷是利用超聲波（頻率超過20000Hz的聲波的聲波)能傳能傳入金屬材料的深處，并在不同介質的界面上能發生反射的特入金屬材料的深處，并在不同介質的界面上能發生反射的特點來檢查焊縫缺陷的一種方法。超聲波探傷常使用的頻率為點來檢查焊縫缺陷的一種方法。超聲波探

36、傷常使用的頻率為2-5MHZ。探傷時，探頭發射的超聲波通過探測表面的耦合劑（常用的探傷時，探頭發射的超聲波通過探測表面的耦合劑（常用的有有機油、變壓器油、甘油、化學、漿糊、水及水玻璃等機油、變壓器油、甘油、化學、漿糊、水及水玻璃等）將）將超聲波傳入工件，超聲波在工件里傳播，當遇到缺陷和工件超聲波傳入工件，超聲波在工件里傳播，當遇到缺陷和工件底面時，就反射到探頭。由探頭將超聲波變成電訊號，并傳底面時，就反射到探頭。由探頭將超聲波變成電訊號，并傳到接收放大電路中，經檢波后至示波管的垂直偏轉板上，在到接收放大電路中，經檢波后至示波管的垂直偏轉板上，在掃描線上出現缺陷反射波（傷波）和底面反射波。掃描線

37、上出現缺陷反射波（傷波）和底面反射波。通過始波通過始波和缺陷之間的距離便可確定缺陷距工件表面的距離。同時通和缺陷之間的距離便可確定缺陷距工件表面的距離。同時通過缺陷波的高度也可估算出缺陷的大小。過缺陷波的高度也可估算出缺陷的大小。第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制超聲波探傷的應用范圍超聲波探傷的應用范圍 應用范圍很廣，不但應用于應用范圍很廣，不但應用于原材料板、管、型材的探傷，原材料板、管、型材的探傷，也用于加工產品鍛件、鑄件、也用于加工產品鍛件、鑄件、焊接件的探傷。焊接件的探傷。 在探傷時，要注意選擇探頭在探傷時，要注意選擇探頭的掃描方法，要使聲波盡量能的掃描方法

38、，要使聲波盡量能垂直地射向缺陷面。垂直地射向缺陷面。第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制分類a 按原理分：脈沖反射法、穿透法和共振法，最常用的是脈沖反射法。脈沖反射法：將具有一定時間和一定頻率間隔的超聲脈沖發射到被測工件，當超聲波在工件內部遇到缺陷時，就會產生反射，根據反射信號的時差變化及在顯示器上的位置就可以判斷缺陷的大小和深度。該方法可以改變入射角發現不同方位的缺陷。穿透法：根據超聲波穿透工件后能量的變化來判斷工件內部有無缺陷。共振法：利用共振現象來檢測物體的缺陷，常用于壁厚的測量。 第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制b 按顯示方式：A

39、型顯示、B型顯示、C型顯示，使用最多的A型顯示。A型顯示：一種波型顯示，檢測儀的屏幕的橫坐標代表聲波的傳播距離，縱坐標代表反射波的幅度。由反射波的位置可以確定缺陷的位置，由反射波的幅度可以估算缺陷的大小。B型顯示：一種圖像顯示，屏幕的橫坐標代表探頭的掃描軌跡，縱坐標代表波的傳播距離，可直觀顯示出被測工件任一縱截面上缺陷的分布和深度。C型顯示：一種圖像顯示，屏幕的橫、縱坐標都代表探頭在工件表面的位置，探頭接收信號幅度以光點輝度表示，因而當探頭在工件表面移動時，屏上顯示出被測工件內部缺陷的平面圖形，但不能顯示缺陷的深度。第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制c 按檢測波型：

40、脈沖反射法大致分為縱波、橫波、表面波、板波檢測法。使用較多的為縱波和橫波檢測法。d 按探頭分：超聲波探頭是一種電-聲換能器，主要由壓電晶片組成。主要作用是在高頻電脈沖激發下發射超聲波信號，再將接收到的超聲波信號轉換成電信號，從而以波幅和數字形式顯示出來。按檢測時探頭的形式、晶片尺寸、功能、使用條件等分為直探頭、斜探頭、水浸探頭、聚焦探頭和可變焦探頭。第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制e 按接觸方法：直接接觸法和水浸法直接接觸法是利用探頭與工件表面直接接觸而對缺陷進行檢測的一種方法。通過在探頭與工件表面之間一層很薄的耦合劑來實現。水浸法在探頭和工件表面直接充以液體，或將探頭與工件直接浸入液體進行檢測。探頭與工件不直接接觸。第六節第六節 鍋爐壓力容器制造質量控制鍋爐壓力容器制造質量控制3 磁粉探傷 磁粉探傷是對鐵磁性焊件露在表面或接近表面的缺磁粉探傷是對鐵磁性焊件露在表面或接近表面的缺陷進行無損探傷的方法。陷進行無損探傷的方法。 探傷原理探傷原理 磁粉探傷是利用被磁化了的焊件在缺陷處產生漏磁粉探傷是利用被磁化了的焊件在缺陷處產生漏磁來發現缺陷的。當焊件被磁化后，焊件中就有磁磁來發現缺陷的。當焊件被磁化后，焊件中就有磁力線通過，對于斷面相同，內部組織均勻的焊件，力線通過，對于斷面相同，內