壓力容器相關知識探討山東科技大學機電學院胡效東2014.07.25山東省特檢院泰安分院系列講座主要目錄1、個人簡介2、壓力容器管理體系3、壓力容器分類4、壓力容器用材料5、壓力容器設計6、壓力容器制造與檢測7、壓力容器設計和制造行業發展的方向1、個人簡介學歷：研究生學位：工學博士

職稱：副教授碩士生導師山東科技大學機電學院過程裝備與控制工程專業研究方向：壓力容器先進設計方法；流體動力學仿真；振動與噪聲控制社會兼職：山東省特種設備事故調查專家

山東省特種設備協會專家組成員

聯系方式：電話機箱：huxdd@163.com1、個人簡介（學習簡歷）2004年9月—2007年6月山東大學機械工程學院

機電專業

博士研究生2001年9月—2004年6月山東大學機械工程學院

機電專業碩士研究生1991年9月—1995年6月華東理工大學動力與機械學院

化機專業

本科1、個人簡介（主要研究內容與方向）主要從事過程裝備設計及制造、先進設計方法、流體動力學仿真等方向的教學與科研工作。主持或參與國家級、省部級項目多項，在壓力容器的分析設計、噪聲與振動控制、專用工裝設計方面等方面做了較多的工作。獲國家專利多項（其中發明專利2項）。在國內外期刊及國際會議上發表文章三十余篇，被SCI和EI收錄20余篇。指導碩士研究生10名（其中2名已畢業）。1、個人簡介（主要講授課程）本

科：機械工程材料與熱處理

熱加工工藝

過程裝備制造與檢測（壓力容器）研究生：現代機械設計方法

機械控制理論

現代控制工程留學生：金屬材料與熱處理

設備故障診斷1、個人簡介（工作閱歷）1995年7月—1997年5月山東小鴨電器有限公司技術處科室主任1997年6月—2001年6月山東小鴨集團技術中心科室主任2007年07月至今山東科技大學過程裝備與控制工程教師2010年12月至2013年12月

山東大學材料與科學工程焊接專業博士后2、壓力容器管理體系國家法律：行政法規：部門規章安全技術規范、強制性國家標準引用標準國家法律暫時還沒有，人大代表已多次有提案，目前處于立法階段地位僅次于憲法，由全國人民代表大會審定，國家主席簽署發布。暫命名為“中華人民共和國特種設備安全法”相關法律：中華人民共和國安全生產法、中華人民共和國產品質量法、中華人民共和國商品檢驗法、中華人民共和國勞動法、中華人民共和國行政許可法等。行政法規國務院第373號令2003年3月發布《特種設備安全監察條例》，朱镕基總理簽署，2003年6月施行。國務院第５４９號令，２００９年１月發布對《特種設備安全監察條例》的修改，溫家寶簽署，２００９年５月施行。地方性法規：省、市、自治區、直轄市及較大的市人大通過的條例，如《山東省特種設備安全監察條例》等。部門規章以特種設備安全監督管理部門首長簽署部分令予以公布的“辦法”、“規定”等。《特種設備質量監督與安全監察規定》，原國家質量技術監督局第13號發布。《鍋爐壓力容器制造監督管理辦法》國家質量監督檢驗檢疫總局令第14號發布，2002.７.12發布《特種設備作業人員監督管理辦法》國家質量監督檢驗檢疫總局令第70號發布，2005.1.10發布．屬于綜合性、通用性、管理性內容較為突出的辦法、規定安全技術規范、強制性國家標準安全技術規范是指經過規定的編制、審定程序，由部門領導授權簽署、以總局名義發布的規范性文件（規程、規則等）。如TSGR2004-2009《固定式壓力容器安全技術監察規程》，目前以TSG安全技術規范的形式頒布的文件有約70個。強制性國家標準，如GB150-1998,與特種設備有關的強制性國家標準在法規標準體系中的地位相當于特種設備安全技術規范。引用標準GB150《鋼制壓力容器》GB151《管殼式換熱器》GB12337《鋼制球形儲罐》JB/T4710《鋼制塔式容器》JB/T4731《鋼制臥室容器》JB/T4732《鋼制壓力容器-分析設計標準》JB/T4734《鋁制焊接容器》JB/T4745《鈦制焊接容器》JB/T4755《銅制壓力容器》3壓力容器分類３.1壓力容器的劃定范圍３.2GB150的適用范圍３.3《壓力容器安全技術監察規范》管轄范圍３.4壓力容器的分類３.1壓力容器的劃定范圍３.1.1受壓元件。容器殼體、密閉元件、開孔補強圈、外壓加強圈。３.1.2非受壓元件。支座及墊板、保溫圈、塔盤支承圈。３.1.3劃定范圍。GB150和容規規定了壓力容器的范圍：殼體及其連為整體的受壓零部件。（1）容器與外部管道連接；（2）接管、人孔、手孔等的承壓封頭、平蓋及其緊固件；（3）非受壓元件與受壓元件的連接焊縫；（4）直接連接在容器上的非受壓元件如支座、裙座等；（5）容器的超壓泄放裝置等。３.2GB150的適用范圍３.2.1GB150的適用范圍３.2.2GB150容器GB150容器，規定了其設計壓力、設計溫度等。３.2.3GB150不適用的各類容器設計壓力低于0.1MPa，且真空度低于0.02MPa的容器；

《移動式壓力容器安全監察規范》管轄的容器；經常搬運的移動式容器

旋轉和往復動機械中的自成整體或作為部件的受壓氣室；核能裝置中存在中子輻射損傷失效風險的容器；

內直徑小于150mm的容器；

搪玻璃容器和制冷空調行業中另有國家標準或行業標準的容器。適用范圍除本體外：壓力容器與外部管道或裝置焊接連接的第一道環向焊接接頭的焊接坡口、螺紋連接的第一個螺紋接頭、法蘭連接的第一個法蘭密封面、專用連接件或管件連接的第一個密封面；壓力容器開孔部分的承壓蓋及其緊固件；非受壓元件與壓力容器本體連接的連接焊縫本規程適用于同時具備下列條件的壓力容器：(1)最高工作壓力大于或者等于0.1MPa；(2)工作壓力與容積的乘積大于或者等于2.5MPa·L；(3)盛裝介質為氣體、液化氣體以及最高工作溫度高于或者等于其標準沸點的液體。注：工作壓力：是指壓力容器在正常工作情況下，其頂部可能達到的最高壓力（表壓力）。注：容積：是指壓力容器的幾何容積，即由設計圖樣標注的尺寸計算（不考慮制造公差）并且圓整。一般應當扣除永久連接在壓力容器內部的內件的體積。３.3《壓力容器安全技術監察規范》

管轄范圍不適用的各類容器（1）移動式壓力容器、氣瓶、氧艙；（2）鍋爐安全技術監察規程適用范圍內的余熱鍋爐；（3）正常運行最高工作壓力小于0.1MPa的容器（包括在進料或出料過程中需要瞬時承受壓力大于或者等于0.1MPa的容器）；（4）旋轉或者往復運動的機械設備中自成整體或者作為部件的受壓器室（如泵殼、壓縮機外殼、渦輪機外殼、液壓缸等）；（5）可拆卸墊片式板式熱交換器（包括半焊式板式熱交換器）、空冷式熱交換器、冷卻排管。３.3《壓力容器安全技術監察規范》

管轄范圍３.4壓力容器的分類３.4.1根據生產裝置中（化工）工藝單元過程分類３.4.2根據生產過程中的作用和原理分類３.4.3根據壓力容器等級分類３.4.4根據溫度分類３.4.5根據《容規》分類３.4.6根據“壓力容器壓力管道設計許可證”３.4.7根據“壓力容器制造許可證”３.4.8壓力容器的其他分類方法３.4.1根據生產裝置中（化工）工藝

單元過程分類非均相分離：液固、氣固分離。過濾器、分離器、洗滌器攪拌與混合：攪拌器混合器制冷與深度制冷：蒸發器、冷凝器、過冷器熱量傳遞：換熱器、再沸器、冷凝器、空冷器蒸發：蒸發器結晶：結晶器蒸餾：分餾塔、精餾塔；板式塔、填料塔吸收與解析：吸收塔和解析塔萃取：萃取塔吸附：吸附塔氣液傳質：塔式容器干燥：干燥器化學反應：攪拌釜、固定床、流化床貯存：貯罐、貯槽，臥式、立式、球型……３.4.2根據生產過程中的作用和原理分類1）按生產工藝過程中的作用原理，分為：

反應壓力容器（代號R）：主要用于完成介質的物理、化學反應的壓力容器；

換熱壓力容器（代號E）：主要用于完成介質的熱量交換的壓力容器；

分離壓力容器（代號S）：主要用于完成介質的流體壓力平衡和氣體凈化分離的壓力容器；

儲存壓力容器（代號C）：主要用于儲存、盛裝氣體、液體、液化氣體等介質的壓力容器。３.4.3根據壓力容器等級分類《容規》（附件）一對壓力容器按設計壓力分類低壓L：0.1≦p<1.6MPa中壓M：

1.6≦p<10MPa高壓H：

10≦p<100MPa超高壓U：p≧100MPa根據GB150的使用范圍壓力容器：“GB150容器”常壓容器：-0.02MPa<p<0.1MPa３.4.4根據溫度分類GB150容器中，規定設計溫度低于或等于-20℃的容器為低溫壓力容器。日本：<-10℃英國：<0℃德國：<-10℃３.4.5根據《容規》分類壓力容器的分類及壓力等級、品種的劃分介質分組壓力容器的介質分為以下兩組，包括氣體、液化氣體或者最高工作溫度高于或者等于標準沸點的液體。(1)第一組介質：毒性程度為極度危害、高度危害的化學介質，易爆介質，液化氣體。(2)第二組介質：除第一組以外的介質。介質危害性介質危害性指壓力容器在生產過程中因事故致使介質與人體大量接觸，發生爆炸或者因經常泄漏引起職業性慢性危害的嚴重程度，用介質毒性程度和爆炸危害程度表示。A1.2.1毒性程度綜合考慮毒性、最高容許濃度和職業性慢性危害等因素。極度危害：最高容許濃度小于0.1mg/m3；高度危害：最高容許濃度0.1～1.0mg/m3；中度危害：最高容許濃度0～10.0mg/m3；輕度危害：最高容許濃度大于或者等于10.0mg/m3。介質危害性A1.2.2易爆介質指氣體或者液體的蒸汽、薄霧與空氣混合形成的爆炸混合物，并且其爆炸下限小于10%，或者爆炸上限和爆炸下限的差值大于或者等于20%的介質。A1.2.3具體介質毒性危害程度和爆炸危險程度的確定按照HG20660—2000《壓力容器中化學介質毒性危害和爆炸危險程度分類》確定。HG20660沒有規定的，由壓力容器設計單位參照GB5044—1985《職業性接觸毒物危害程度分級》、德原則，決定介質組別。壓力容器類別劃分方法毒性危害程度分類３.4.6根據“壓力容器壓力管道設計許可證”類別級別品種范圍范圍備注AA1超高壓容器單層、鍛焊、多層包扎、繞帶、繞板、熱套、無縫A2第三類低、中壓容器A3球型儲罐A4非金屬壓力容器CC1鐵路罐車C2汽車罐車或長管拖車C3罐式集裝箱DD1第一類壓力容器D2第二類低、中壓容器SAD壓力容器分析設計３.4.7根據“鍋爐壓力容器制造監督管理辦法”

３.4.8壓力容器的其他分類方法按容器主體材料有：鋼制（碳素鋼、低合金鋼、高合金鋼）、鋁制、鈦制、其他有色金屬等。按結構形式分為：單層、鍛焊、多層包扎、繞帶、繞板、熱套、無縫等。按容器截面形狀分有：圓形截面、非圓形截面。按容器主軸線方向有：立式、臥式。按容器壁厚分有：薄壁、厚壁。4

壓力容器材料４.1鋼材生產基本知識４.2鋼材的常用合金元素及其主要作用４.3鋼材的物理性能及其試驗方法４.4力學性能及其試驗方法４.5工藝性能及其試驗方法４.6金相組織及其試驗方法４.7金屬材料的腐蝕類型及其試驗方法４.1鋼材生產基本知識轉爐煉鋼的生產流程：高爐煉鐵鐵水預處理氧氣轉爐煉鋼爐外精煉連鑄（模鑄）鋼坯熱裝熱送（鋼錠）連軋（軋制）；電爐煉鋼的生產流程：電爐煉鋼爐外煉鋼連鑄（模鑄）鋼坯熱裝熱送（鋼錠）連軋（軋制）熱處理４.1.1煉鋼４.1.1煉鋼４.1.4脫氧技術４.1.5幾個基本術語鋼錠：將熔融的鋼水注入模型內，帶鋼水凝固脫模后所得到的具有一定形狀的鑄鋼件。毛坯：用于制作某種鋼件的坯料鋼坯：用于軋（壓）制鋼材的坯料。板坯：用于軋制鋼板的坯料原軋制鋼板：由一塊（個）鋼坯或板坯（鋼錠）徑軋制而形成的一張鋼板。４.1.5幾個基本術語鋼號：鋼鐵產品牌號。用漢語拼音、化學符號和阿拉伯數字表示剛才產品名稱、用途、冶煉和澆鑄方法及分類，強度等級，主要化學成分和含量等。爐號：煉鋼爐次的批號，同一爐號的鋼材具有相同的化學成分。批號：鋼廠按有關規定，將同一鋼號的鋼材組成一個供貨批次的編號。通常應為同一鋼號、同一爐號、同一軋制和熱處理制度的鋼板為一批。4.1.5鋼材分類我國常用的鋼材分類方法有5種：按化學成分分類按品質分類(質量等級)按冶煉方法按金相組織分類按用途分類按化學成分分類：碳素鋼和合金鋼中碳鋼0.25~0.6%C高碳鋼

0.6%C低碳鋼

0.25%C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%碳素鋼合金鋼按品質分類鋼的質量是以磷、硫的含量來劃分的。分為普通質量鋼、優質鋼、高級優質鋼和特級優質鋼。根據現行標準，各質量等級鋼的磷、硫含量如下：鋼類碳素鋼合金鋼PSPS普通質量鋼≤0.045≤0.045≤0.045≤0.045優質鋼≤0.035≤0.035≤0.035≤0.035高級優質鋼≤0.030≤0.030≤0.025≤0.025特級優質鋼≤0.025≤0.020≤0.025≤0.015按金相組織亞共析鋼共析鋼過共析鋼

按退火組織分珠光體鋼貝氏體鋼馬氏體鋼鐵素體鋼奧氏體鋼萊氏體鋼

按正火組織分按用途分類工程用鋼建筑、橋梁、船舶、車輛滲碳鋼調質鋼彈簧鋼滾動軸承鋼耐磨鋼機器用鋼結構鋼刃具鋼模具鋼量具鋼工具鋼不銹鋼耐熱鋼特殊性能鋼4.1.6鋼材的熱處理熱處理：是指將鋼在固態下加熱、保溫和冷卻，以改變鋼的組織結構，獲得所需要性能的一種工藝。熱處理特點：熱處理區別于其他加工工藝如鑄造、壓力加工等的特點是只通過改變工件的組織來改變性能，而不改變其形狀。熱處理適用范圍：只適用于固態下發生相變的材料，不發生固態相變的材料不能用熱處理強化。4.1.6鋼材的熱處理其他熱處理普通熱處理表面熱處理熱處理退火正火淬火回火真空熱處理形變熱處理激光熱處理控制氣氛熱處理表面淬火—感應加熱、火焰加熱、電接觸加熱等化學熱處理—滲碳、氮化、碳氮共滲、滲其他元素等4.1.6鋼材的熱處理退火正火淬火回火調質固溶穩定化退火機械零件的一般加工工藝為：毛坯（鑄、鍛）→預備熱處理→機加工→最終熱處理→精加工。退火與正火工藝主要用于預備熱處理，只有當工件性能要求不高時才作為最終熱處理。熱處理時間溫度A1MSMfA冷過APBMA→MA→BA→P轉變開始線轉變終了線退

火將鋼加熱至適當溫度保溫，然后緩慢冷卻（爐冷）的熱處理工藝叫做退火。退火目的(1)調整硬度，便于切削加工，適合加工硬度為170-250HB。(2)改善或消除坯料在鑄造、鍛造和焊接時所產生的成分或組織不均勻性(3)消除內應力，穩定尺寸。(4)細化晶粒，改善鋼中碳化物的形態和分布。（完全退火）退火退火的種類很多，常用的有完全退火、等溫退火、球化退火、擴散退火、去應力退火、再結晶退火。完全退火：主要用于亞共析鋼,Ac3+30~50℃等溫退火:亞共析鋼加熱溫度Ac3+30~50℃共析、過共析鋼加熱溫度Ac1+30~50℃球化退火:球化退火是將鋼中滲碳體球狀化的退火工藝。加熱溫度Ac1+30-50℃低溫退火：在低于AC1點進行的，主要是為消除鋼件的殘余應力，穩定尺寸，消除冷作硬化，降低硬度，又稱為去應力退火，是壓力容器制造中常見的熱處理方法。正火正火是將亞共析鋼加熱到Ac3+30~50℃，共析鋼加熱到Ac1+30~50℃，過共析鋼加熱到Accm+30~50℃，保溫后空冷的工藝。正火的目的⑴對于低、中碳鋼(≤0.6C%)，目的與退火的相同。⑵對于過共析鋼，用于消除網狀二次滲碳體，為球化退火作組織準備。⑶普通件最終熱處理。改善切削性能低碳鋼用正火，中碳鋼用退火或正火，高碳鋼用球化退火。淬火淬火：將鋼件加熱到Ac3以上某一溫度，保溫一定時間，使之奧氏體化，急冷至室溫，以獲得淬硬組織的一種熱處理工藝。目的：提高鋼的強度和硬度；能改善某些特殊鋼的力學和化學性能。常用淬火介質是水和油。各種淬火方法示意圖1—單液淬火法2—雙液淬火法3—分級淬火法4—等溫淬火法回火將淬硬后的鋼件加熱至AC1以下某一溫度，保溫一定時間，然后以一定的速度冷卻到室溫的熱處理工藝。回火的主要目的：(1)消除淬火或正火產生的熱應力和組織應力，降低脆性，防止變形或開裂；(2)能使淬火或正火后的淬硬組織（馬氏體、貝氏體）轉變為較穩定的組織，以確保得到所要求的良好綜合力學性能。(3)不同溫度回火，可以獲得不同組織和性能。通過選擇不同的回火溫度，可以調整淬火或正火后鋼件的力學性能。回火低溫回火：回火溫度，150~250℃低溫回火的目的是在保留淬火后高硬度、高耐磨性的同時，降低內應力，提高韌性。主要處理各種工具、模具、軸承及經滲碳和表面淬火工件。中溫回火：回火溫度，350-500℃回火托氏體組織具有較高的彈性極限和屈服極限，并具有一定的韌性，主要用于各類彈簧的熱處理。高溫回火：回火溫度，500-650℃調質回火索氏體組織具有良好的綜合力學性能，即在保持較高的強度同時，具有良好的塑性和韌性。通常把淬火加高溫回火的熱處理工藝稱作“調質處理”，簡稱“調質”。調質廣泛用于連桿、軸、齒輪等各種重要結構件的處理。也可作為精密零件、量具等的預備熱處理。固溶和穩定化固溶：奧氏體不銹鋼加熱到1000℃~1100℃,保溫一定時間然后快速冷卻，獲得單項奧氏體組織的工藝方法。處理后的不銹鋼具有一定的強度，很高的韌性和優良的耐蝕性。穩定化：將含有Ti和Nb等穩定化元素的奧氏體不銹鋼，加熱到850℃~950℃，保溫一定時間后水冷、油冷或空冷，使穩定化元素Ti、Nb和鋼中的碳形成TiC和NbC，提高鋼的耐晶間腐蝕等的能力。4.3力學性能及其試驗方法4.3.1拉伸試驗4.3.2蠕變及持久試驗4.3.3硬度試驗4.3.4沖擊試驗4.3.5落錘試驗4.3.1拉伸試驗

低碳鋼拉伸曲線ΔLF0

脆性材料拉伸曲線4.3.1拉伸試驗可獲得如下力學性能：抗拉強度：相應最大力的應力為抗拉強度屈服強度：當金屬材料呈現屈服現象時，在試驗期間達到塑性變形發生而力不增加的應力點。斷后伸長率：試樣拉斷后標距的殘余伸長與原始標距之比的百分率。端面收縮率：斷裂后試樣橫截面積的最大縮減量與原始橫截面面積之比的百分率。4.3.2蠕變及持久試驗蠕變是指材料在一定溫度和在恒定載荷的作用下，隨著時間的延長形變逐漸增加的現象。4.3.2蠕變及持久試驗蠕變極限和持久強度極限都反映材料高溫性能的重要指標。持久強度極限：試樣在一定的溫度和在規定的持續時間內，引起斷裂的最大應力值。主要考慮破壞時的應力。壓力容器行業：鋼材在設計溫度t時，經10萬小時斷裂時的持久強度極限。4.3.3硬度試驗布氏硬度HB洛氏硬度HRAHRBHRC維氏硬度HW4.3.4沖擊試驗夏比沖擊試驗：評定金屬材料韌性。1.沖擊吸收功：指材料在受到外加沖擊載荷的作用下，斷裂時所消耗能量大小的特性。2.沖擊韌性：是指材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。材料的沖擊韌性隨溫度下降而下降。在某一溫度范圍內沖擊韌性值急劇下降的現象稱韌脆轉變。材料的使用溫度應高于韌脆轉變溫度。4.4工藝性能及其試驗方法4.4.1壓力加工工藝簡介4.4.2冷加工工藝性能及其試驗方法4.4.3焊接性能4.4.1壓力加工工藝簡介金屬壓力加工是利用外力作用，使金屬坯料產生塑性變形，從而獲得具有一定形狀、尺寸和力學性能的毛坯或零件的加工方法。主要包括：軋制拉制擠壓鍛造（鍛壓）冷、熱成型冷沖壓。其中軋制、拉制、擠壓主要用來生產各種斷面的型材，鋼板、鋼管。后幾種用來生產各種毛坯或半成品，如壓力容器的法蘭，管板。模鍛自由鍛軋制正擠壓反擠壓拉拔沖壓4.4.2冷加工工藝性能及其試驗方法彎曲：金屬彎曲試驗是一種工藝性能試驗方法。彎曲試驗就是按規定尺寸彎心，將試樣彎曲至規定程度，以此檢驗金屬承受塑性變形的能力，并顯示其冶金或焊接缺陷。母材主要測定彎曲角度，觀察彎曲部分的外側，然后按照標準評定對焊接接頭的彎曲試驗是以試樣上出現第一條裂紋時的彎曲角度來確定的。金屬彎曲試驗壓扁試驗壓扁試驗，是用以檢驗金屬管壓扁到規定尺寸的變形性能，并顯示其缺陷的一種試驗方法。在進行壓扁試驗時，將試樣放在兩個平行板之間，用壓力機或其他方法，均勻地壓至有關的技術條件規定的壓扁距，檢查試樣彎曲變形處，如無裂縫、裂口或焊縫開裂，即認為合格。試驗焊接管時，焊縫位置應在有關技術標準中規定，如無規定時，則焊縫應位于同施力方向成90°角的位置。試驗均在常溫下進行，但冬季不應低于-10℃。擴口試驗擴口試驗，是檢驗金屬管端擴口工藝的變形性能一種方法。在進行擴口試驗時，將具有一定錐度（如1：10，1：15等）的頂芯壓入金屬管試樣一端，使其均勻地擴張到有關技術條件規定的擴口率（%），然后檢查擴口處是否有裂紋等缺陷，以判定合格與否。4.4.3焊接性能焊接是通過加熱或加壓，或兩者并用，并且用或不用填充材料，使工件達到結合的一種方法。金屬材料的焊接性能：指在限定的施工條件下焊接成符合要求的構件，并能滿足預定使用的能力。即指材料焊接加工的適用性和使用可靠性。焊接性受材料、焊接方法、構件類型及使用要求四個因素的影響。4.4.3焊接性能焊接性的好壞主要從兩個方面來衡量。一是焊接工藝性的優劣；二是焊接接頭在使用過程中的可靠性。一般情況下，合金的含碳量越高，其焊接性就會越差。碳當量：把鋼材化學成分中的碳和其它合金元素的含量多少對焊后淬硬、冷裂及脆化等的影響折合成碳的相當含量。

4.5金相組織及其試驗方法

4.5.1鋼中常見的金相組織4.5.2典型鋼號的金相組織4.5.3焊接接頭的金相組織4.5.4晶粒度及夾雜物4.5.1鋼中常見的金相組織

1、鐵素體：是碳溶于α-Fe中的間隙固溶體。工業上使用的純鐵會有微量的碳，常溫下幾乎是100%的鐵素體組成。2、滲碳體：鐵與碳形成的化合物。是鐵的碳化物中最重要的一種。常用Fe3C化學式表示。它質強而脆，是提高鋼硬度和強度的主要相組織之一。3、珠光體：鐵素體和滲碳體的機械混合物。根據滲碳體的形態，又可分為片狀珠光體和球狀珠光體。4、奧氏體：碳溶于γ-Fe中的間隙固溶體，面心立方格，屬鐵的同素異形體。4.5.1鋼中常見的金相組織5、馬氏體：過冷奧氏體快冷的產物，是過飽和鐵素體，由原來面心立方格變為體心立方格。（1）回火馬氏體即馬氏體在100℃~250℃范圍時的分解產物。（2）回火索氏體即馬氏體在500℃~650℃范圍時的回火產物，為鐵素體基體上均勻分布著的細粒狀滲碳體。6、貝氏體：過冷奧氏體在中溫區（即珠光體與馬氏體轉變之間的區域）的轉變產物。它通常由鐵素體和碳化物組成的非層片組織。時間溫度A1MSMfA冷過APBMA→MA→BA→P轉變開始線轉變終了線4.5.1鋼中常見的金相組織4.5.2典型鋼號的金相組織典型壓力容器用鋼的供貨狀態和其金相組織4.5.3焊接接頭的金相組織4.5.3焊接接頭的金相組織典型的對接焊接接頭主要由三個部分組成：1）焊縫：金屬結晶很自然呈柱狀晶成長，且成長方向垂直于焊接熔池壁2）熔合區：指焊縫與母材交接的過渡區，即熔合線處微觀顯示的母材半熔化區。區域很窄，金相觀察難以區分，但對焊接強度和韌性卻有很大影響，常是產生裂紋和脆性破壞的發源地。3）熱影響區：在焊接和切割過程中，材料因受熱的影響（但未熔化）而發生金相組織和機械性能變化的區域。

焊接形成了再組織和性能上不均勻的焊接熱影響區。顯然劣于母材的部位變成為焊接接頭中最薄弱的環節。決定熱影響區的分區及特征的因素大致可分為三個方面：1）母材的冶金特征：晶粒粗細、有無再結晶、是否易淬火鋼2）母材焊前的狀態：同一種金屬材料，焊前狀態不同，焊后熱影響區的組織和性能是不同的；3）焊接方法及其工藝參數。實質上是焊接溫度場和焊接熱循環特征參數對熱影響區的范圍大小、以及范圍內各部位的組織和性能的影響。4.5.3焊接接頭的金相組織2、焊接熱影響區的組成壓力容器用碳素鋼和低合金鋼一般屬于不易淬火鋼，即在焊接條件下淬火傾向很小，其焊接影響大致可以分為：（1）過熱區，又稱粗晶區，降低了金屬材料的韌性，是不易淬火焊接接頭變脆的主要原因；（2）重結晶區，又稱細晶區，或正火區，加熱時鐵素體和珠光體全部轉變為奧氏體，類似于正火組織。由于該區組織細化，故其塑性和韌性較好，甚至優于母材。4.5.3焊接接頭的金相組織（3）不完全重結晶區，又稱不完全正火區或部分相變區。該區晶粒大小不均勻，其力學性能也不均勻。（4）再結晶區：再結晶時只有晶粒外形的變化，并沒有內部晶體結構的變化。再結晶區的強度和硬度都低于冷作變形狀態的母材。塑性變形的熱軋鋼板或是退火狀態下的鋼板，則在熱影響區內就不會出現這種再結晶現象，因此有明顯組織變化的熱影響區只有三部分：過熱區、重結晶區、不完全結晶區。4.5.3焊接接頭的金相組織4.5.4晶粒度及夾雜物1、晶粒度表示晶粒大小的尺度叫晶粒度。室溫下鋼材的晶粒度越小，其強度和韌性越高。反之，粗晶粒往往會使鋼的強度下降，尤其是韌性。（1）起始晶粒度：鋼加熱達到剛高于Ac3臨界點時，這時珠光體向奧氏體轉變剛結束時的奧氏體晶粒很小，通常稱起始晶粒度。（2）實際晶粒度：在交貨狀態下鋼材的實際晶粒大小，以及經過不同熱處理（加熱）后，鋼材或零件體得到的實際晶粒大小。4.5.4晶粒度及夾雜物（3）本質晶粒度。通常將鋼加熱到93010℃,保溫3-8小時，冷卻后得到金相試樣來判斷。晶粒度為1-8級的是本質粗晶粒鋼，9-16級的是本質細晶粒鋼。一般常用的鋼材晶粒度分為16（1~16）級。晶粒級數越小，晶粒越粗大，晶粒度級數越大，晶粒越細小。影響鋼材實際晶粒度的因素很多：其加熱和保溫時間起著決定性作用，溫度高，保溫時間長，則晶粒大；另外合金元素、原始組織狀態、熱加工、熱處理等對鋼的實際晶粒度也有一定的影響。2、夾雜物（inclusion）鋼在高溫冶煉及澆鑄過程中，不可避免地會出現一些非金屬夾雜物，即非金屬化合物。主要是一些氧化物、硫化物和硅酸鹽等。他們存在鋼中，雖含量極少，但對鋼材的性能危害不可忽視，其危害程度與夾雜物的類型、大小、數量、形態分布等有關。鋼中常見的內在夾雜物分脆性夾雜物（氧化物及脆性硅酸鹽）和塑性夾雜物（硫化物及易變形的硅酸鹽）等。4.5.4晶粒度及夾雜物4.6金屬材料的腐蝕類型及其試驗方法腐蝕是指金屬材料與周圍環境作用而發生的損壞和變質。按腐蝕環境分：化學介質腐蝕、大氣腐蝕、海水腐蝕、土壤腐蝕；按作用機理分為化學腐蝕、電化學腐蝕和物理腐蝕；按其破壞形式分為腐蝕和局部腐蝕。4.6.1均勻腐蝕均勻腐蝕（全面腐蝕）是指在整個合金材料表面上以比較均勻方式所發生的腐蝕現象，是機械設備在實際使用中發生腐蝕失效的基本形式相貌特征：發生全面腐蝕時，材料的厚度逐漸變薄，甚至腐蝕透徹。用于估算設備的壽命：浸泡試驗；查閱文獻；憑經驗預測。選用耐腐蝕材料，其耐全面腐蝕性能是耐腐蝕性最基本的性能。均勻腐蝕試驗常用的是重量法，即將試樣置于試驗介質中，經一定時間后測量其質量變化，求出其腐蝕速度。4.6.2點腐蝕鈍化型金屬之所以能抗腐蝕乃是由于其表面能形成一層具有保護性的鈍化膜。這層鈍化膜遭到破壞，而又缺乏自鈍化的條件或能力，金屬就會發生腐蝕，如果腐蝕僅僅集中在設備的某些特定點域，并在這些點域形成向深處發展的腐蝕小坑，而金屬的大部分表面仍保持鈍性的腐蝕現象，稱為點腐蝕。點腐蝕的試驗方法主要是電化學方法和化學浸泡法。4.6.3晶間腐蝕晶粒間界是結晶方向不同的晶粒間紊亂錯合的界域，因而，它們是金屬中各溶質元素偏析或金屬化合物沉淀析出的有利區域。這種沿著材料晶粒間界先行發生腐蝕，使晶粒之間喪失結合力的局部破壞現象，稱為晶間腐蝕。在某些腐蝕介質中，晶粒間界可能先行被腐蝕。4.6.4縫隙腐蝕在腐蝕介質中的金屬構件，由于金屬與金屬或金屬與非金屬之間存在特別小的縫隙，造成縫內介質處于滯流狀態而發生的一種局部腐蝕形態，稱為縫隙腐蝕。幾乎所有工業用金屬和合金都會產生縫隙腐蝕，但具有自鈍化特性的金屬和合金對縫隙腐蝕的敏感性較高，且鈍化能力越強的合金則敏感性越強。幾乎所有的介質都會引起這種腐蝕，但其中又以充氣的中性氯化物介質最易發生。因此，縫隙腐蝕不可完全避免，它是比孔蝕更為普遍的一種局部腐蝕，它的發生不僅導致部件強度降低，裝配困難，而且使設備過早失效，所以應盡量避免。4.6.4縫隙腐蝕在通用機械設備中，法蘭的連接處，與鉚釘、螺栓、墊片（尤其是橡膠墊片）、閥座、松動的表面沉積物以及附著的海洋生物等相接觸處，還有列管換熱器脹管間隙處等，都容易發生縫隙腐蝕。即使沒有氯離子存在，也可能產生縫隙腐蝕。其常用的試驗方法有：三氯化鐵化學浸泡和電化學方法兩種。4.6.5應力腐蝕應力腐蝕的特征（三個階段）：孕育階段：逐步形成應力腐蝕裂紋時期裂紋穩定擴展階段：應力和腐蝕介質作用下，裂紋緩慢擴展裂紋失穩階段：最終發生的突然斷裂應力腐蝕開裂的特征：拉伸應力；特定合金和介質的組合；一般為延遲脆性斷裂應力腐蝕試驗方法抓喲可分為以下四類：1、恒變形法2、恒載荷法3、慢應變速率法4、斷裂力學法4.6.5應力腐蝕常見的應力腐蝕：堿溶液；濕硫化氫；液氨；氯化物溶液預防措施：合理選擇材料；減少或消除殘余拉應力；改善介質條件；涂層保護；合理設計機械設備零件在應力（拉應力）和腐蝕介質的聯合作用下，將出現低于材料強度極限的脆性開裂現象，致使設備和零件失效，這種現象稱為應力腐蝕開裂。4.6.6其他腐蝕1、氫脆：金屬材料因吸收氫而導致塑性降低、性能惡化的現象稱為氫脆。兩種形式：1)氫氣和鋼表面的碳化合生成甲烷，引起鋼表面脫碳，使力學性能惡化；2)氫氣滲透到鋼內部，與滲碳體反應生成甲烷。影響因素：溫度、氫分解、時間、合金成分、應力等。2、高溫氧化一般地講，高溫氧化是指高溫下，金屬材料與氧氣反映生成金屬氧化物的過程。廣義地講，反映氣體可以是鹵族元素、硫、碳、氮等，其反映生成的產物膜統稱為氧化膜。5、壓力容器設計5.1內壓薄壁容器設計5.2內壓厚壁容器設計5.3外壓容器設計5.4局部分析設計5.1內壓薄壁容器設計薄壁容器D0/Di≤1.2厚壁容器D0/Di≤1.24.薄膜理論的應用兩個基本方程：區域平衡方程微元平衡方程5.1內壓薄壁容器設計無力矩理論:薄膜應力是只有拉（壓）應力，沒有彎曲正應力的一種二向應力狀態，因而薄膜應力又稱為“無力矩理論”。力矩理論適用的范圍：薄壁殼體；回轉殼體曲面在幾何上是軸對稱的，器壁壁厚無突變，曲率半徑連續變化，材料均勻連續且各向同性；載荷分布是軸對稱和連續的，薄膜理論不適用于有應力集中處或存在邊緣力和邊緣彎矩的殼體邊緣處；殼體邊界應是自由的。5.1內壓薄壁容器設計常見壓力容器殼體的周向和軸向應力計算公式（1）球形殼體（2）圓筒形殼體（3）錐形殼體（4）橢球形殼體R1=∞R2=R／cosα

5.2內壓厚壁容器設計內壓升高，促使內壁材料開始屈服，形成塑性區與彈性區。厚壁圓筒在承受逐漸增加壓力的過程中，經歷了彈性階段、筒體部分屈服階段、整體屈服階段、材料硬化、筒體過度變形，直至爆破失效階段。5.2內壓厚壁容器設計2、自增強技術

由拉美方程知，壓力增加時，無限制增加壁厚只會使筒壁上應力更趨不均。使用之前對筒體加壓處理，其壓力超過內壁發生屈服的壓力。5.3外壓容器1、外壓圓筒

Pi－P0<02、外壓圓筒失效:壓縮屈服失效;剛度不足，失穩破壞失穩：承受外壓載荷的殼體，當外載荷增大到一定數值時，殼體會突然失去原來的形狀，被壓扁或出現波紋，載荷卸去后殼體不能恢復原狀，這種現象稱為外壓殼體的屈曲或失穩。臨界壓力：殼體失穩時所承受的相應壓力，稱為臨界壓力，用Pcr表示。外壓薄壁圓柱殼彈性失穩分析1、臨界長度Lcr長圓筒、短圓筒、剛性圓筒2、臨界壓力Pcr受均布周向外壓的長圓筒：受均布周向外壓的短圓筒：3、影響臨界壓力的因素E，μ，容器結構尺寸，與承受壓力P無關5.4局部分析設計除了薄膜內力外，還考慮彎曲內力（因中面的曲率、扭率改變而產生的橫向力、彎矩和扭矩），對殼體進行應力分析，這種理論稱為“有力矩理論”。不滿足無力矩理論應用條件的局部區域回轉薄殼的不連續分析由于總體結構不連續，組合殼在連接處附近的局部區域出現衰減很快的應力增大現象，稱為“不連續效應”或“邊緣效應”。由此引起的局部應力稱為“不連續應力”或“邊緣應力”。影響因素：結構、厚度、載荷、溫度和材料

局部性：離邊緣距離X>2.5(Rt)1/2時，各內力呈指數函數迅速衰減直至消失

自限性：塑性材料產生塑性變形緩解彈性約束回轉薄殼的不連續分析設計時處理方法靜載荷，塑性材料，作局部處理如圓弧過渡，不等厚處削薄連接等避免新的應力集中，消除焊接殘余應力，支座處和開孔處應力集中承受低溫或疲勞載荷，或是脆性材料殼體，必須加以核算局部應力分析-分析設計JB4732-1995鋼制壓力容器-分析設計標準主要步驟：確定設計條件：設計溫度、設計壓力、工作介質、水壓試驗壓力、氣密性實驗壓力等；所選材料特性：許用工作溫度、許用應力等；載荷組合系數選擇；局部應力分布計算；應力分類及應力強度極限值計算；各類應力強度的許用極限；壓力容器局部受力評定。局部應力分析-有限元分析主要區別就是采用商業軟件，基于有限元法進行局部分析設計計算。主要步驟包括：分析設計條件：設計溫度、設計壓力、工作介質、水壓試驗、氣壓實驗等；在基本不影響計算效果的情況下，簡化模型；劃分網格，盡力采用六面體結構化網格，盡量減少網格數量；施加約束，載荷施加；有限元計算；計算結果分析及受力評定。局部應力分析-有限元分析（實例）實例：6壓力容器制造6.1鋼材的預處理6.2劃線6.3筒節的彎曲成型6.4封頭的成型6.5管道的彎曲6.6鉚焊6.7焊縫無損檢測6.8水壓及氣壓實驗6.9刷漆6.1鋼材的預處理鋼材的預處理是指對鋼板、管子和型鋼等材料的凈化處理、矯形和涂保護底漆。凈化處理對象：劃線、切割、焊接加工之前的鋼板、管子和型鋼，

在和鋼材經過切割、坡口加工、成形、焊接之后清除其表面的銹、氧化皮、油污和熔渣等。試驗證明，除銹質量好壞直接影響著鋼材的腐蝕速度。對焊接接頭處尤其是坡口處進行凈化處理，清除銹、氧化物、油污等，可以保證焊接質量。可以提高下道工序的配合質量。凈化處理方法：噴砂法、拋丸法、化學凈化法

噴砂法：主要用于型材（如鋼板）和設備大表面的凈化處理，效率較高但粉塵大，對人體有害，應在封閉的噴砂室內進行。凈化處理拋丸法：主要特點是改善了勞動條件，易實現自動化，被處理材料表面質量控制方便。凈化處理化學凈化法：金屬表面的化學凈化主要是對材料表面進行除銹、除污物和氧化、磷化及鈍化處理，

后者即在除污物的基礎上根據不同材料，將清潔的金屬表面經化學作用（氧化、磷化、鈍化處理）形成保護膜，以提高防腐能力和增加金屬與漆膜的附著力。矯形由于鋼材在運輸、吊裝或存放過程中的不當所產生的較大變形，有些制造精度要求較高的設備（如熱套式、層板色扎式高壓容器要求鋼板的變形很小），對保存較好的供貨鋼材也需要矯形，因為供貨時的平面度要求有時不能滿足實際制造的要求。矯正方法有機械矯正和火焰矯正。機械矯正主要用冷矯，當變形較大、設備能力不足時，可用熱矯。6.1.2矯形劃線是在原材料或經初加工的坯料上劃出下料線、加工線、各種位置線和檢查線等，并打上（或寫上）必要的標志、符號。劃線前應先確定坯料尺寸。坯料尺寸由零件展開尺寸和各種加工余量組成。6.2

劃線確定零件展開尺寸的方法如下：作圖法：用幾何制圖法將零件展開成平面圖形。計算法：按展開原理或壓（拉）延變形前后面積不變原則推導出計算公式。試驗法：通過試驗公式決定形狀較復雜零件的坯料，簡單、方便。綜合法：對計算過于復雜的零件，可對不同部位分別采用作圖法、計算法，有時尚需用試驗法配合驗證。6.2

劃線6.2劃線①加工余量與尺寸線之間的關系

實際用料線尺寸=展開尺寸-卷制伸長量+焊縫收縮量-焊縫坡口間隙+邊緣加工余量切割下料線尺寸=實際用料線尺寸+切割余量+劃線公差②劃線公差

目前劃線尚無統一標準，各制造單位根據具體情況制定內部要求，來保證產品符合國家制造標準。6.2劃線工程上把零件展開圖畫在板料上的過程稱為號料（放樣）。

號料過程中主要注意兩個方面的問題：

全面考慮各道工序的加工余量；考慮劃線的技術要求。加工余量

號料時還要考慮零件在全部加工工藝過程中各道工序的加工余量，如成形變形量、機加工余量、切割余量、焊接工藝余量等。6.2

劃線合理排料a.充分利用原材料、邊角余料，使材料利用率達到90%以上；b.零件排料要考慮到切割方便、可行；c.筒節下料時注意保證筒節的卷制方向應與鋼板的軋制方向一致；d.認真設計焊縫位置。6.2

劃線（標記和標記移植）在鋼板劃線時對制造受壓元件的材料應有確認的標記（如打上沖眼、涂上標號）如原有確認標記被截掉或材料分成幾塊，應于切割前完成標記移植工作，以保證材料及加工尺寸的準確、清晰，而有利于后續工序順利進行，且有利于材料的管理、待查和核準。6.3筒節的彎曲成型筒節的彎卷成形是用鋼板在卷板機上彎卷而成形的。根據鋼板的材質、厚度、彎曲半徑、卷板機的能力，實際產生筒節的彎卷可分為冷卷和熱卷。一、冷卷成形的特點1、冷卷成形通常指在室溫下的彎卷成形，不需要加熱設備，不產生氧化皮，操作工藝簡單且方便操作，費用低。2、鋼板彎卷的變形率與最小冷卷半徑。外側伸長，內側縮短，中性層可以認為是長度不變的。6.3筒節的彎曲成型最小冷彎半徑Rmin

筒節的半徑要大于或等于最小冷彎半徑Rmin，否則可以考慮進行熱處理。在冷卷成形過程中隨著變形率的增大，在金屬內部晶格發生嚴重歪扭和畸變，金屬的強度、硬度上升，而塑性、韌性下降，成為冷加工硬化。6.3筒節的彎曲成型二、熱卷成形的特點1、熱卷可防止冷加工硬化的產生、塑性和韌性大為提高2、應控制合適的加熱溫度。3、應控制適當的加熱速度，在保證鋼材表里溫差不太大，膨脹均勻的前提下，加熱速度越快越好。4、熱卷需要加熱設備，費用較大，在高溫下加工，操作麻煩，鋼板減薄嚴重。5、對于厚板或小直徑筒節通常采用熱卷。6.3筒節的彎曲成型6.4封頭的成型常用的封頭名稱、斷面形狀、類型代號及形狀參數封頭的公稱直徑6.4封頭的成型一、封頭的沖壓成形1、冷、熱沖壓條件（1）材料性能。（2）依據毛坯的厚度δ與毛坯料直徑D0之比來選擇冷、熱沖壓（參見表7-6）。6.4封頭的成型2、毛坯熱沖壓的加熱過程幾種常用封頭材料的加熱范圍6.4封頭的成型沖壓過程

圖7-12所示為水壓機沖壓封頭的過程。6.4封頭的成型沖壓加工后的風頭厚度變化6.4封頭的成型c.復合鋼板封頭的沖壓特點（1）復合鋼板在加熱時，基層和復層金屬不同則膨脹系數不同，沖壓時必須采用壓邊圈，防止復板起皺。（2）熱沖壓復合板鋼板封頭對復層材料有影響。6.4封頭的成型二、封頭的旋壓成形1、旋壓成形的特點：（1）適合制造尺寸大、壁厚的大型封頭；（2）旋壓機比水壓機輕巧，相同尺寸封頭，比水壓機約輕2.5倍；（3）旋壓模具比沖壓模具簡單、尺寸小、成本低；（4）工藝裝備更換時間短，占沖壓加工的1/5左右，適于單件小批生產；（5）封頭成形質量好，不易產生減薄和折皺；（6）壓鼓機配有自動操作系統，自動化程度高，操作條件好。6.4封頭的成型不足：（1）冷旋壓成形后對于某些鋼材還需要進行消除冷加工硬化的熱處理。（2）對于厚壁小直徑（小于或等于1400mm）封頭采用旋壓成形時，需在旋壓機上增加附件，比較麻煩，不如沖壓成形簡單。（3）旋壓過程較慢，生產率低于成形。6.4封頭的成型（2）旋壓成形的方法有模旋壓法、無模旋壓法和沖旋聯合法6.4封頭的成型

三、封頭的爆炸成形

6.4封頭的成型四、封頭的制造質量要求（1）封頭應盡量用整塊鋼板制成，必須拼接時，焊縫數量及位置參見封頭的劃線技術要求。（2）封頭沖壓前應清除鋼板毛刺，沖壓后去除內外表面氧化皮，表面不允許有裂紋等缺陷。6.4封頭的成型6.5管道的彎曲管子彎曲的應力分布和變形計算彎管方法管件制造的技術要求彎管彎管一.管子彎曲的應力分析和變形計算（1）應力分析及易產生的缺陷管壁減薄；管壁變厚；變形將近似為橢圓主要影響因素：相對彎曲半徑R/dw；相對彎曲壁厚t/dw.6.5管道的彎曲6.5管道的彎曲（2）變形率要求及變形量計算

a.鋼管冷彎曲變形率要求：鋼管冷彎后，應進行熱處理的條件。碳鋼、低合金鋼的鋼管彎管后的外層纖維變形率不大于鋼管標準規定伸長率的一半，或外層材料的剩余變形率不小于10%；對有沖擊韌性要求的鋼管，最大變形率不大于5%；實際生產中控制管子彎曲變形率的主要方式控制管子彎曲的半徑，彎曲半徑越小，變形率越大，就越容易產生彎曲缺陷；生產中彎管的方法有冷彎和熱彎、有芯彎管和無芯彎管、手工彎管和機動彎管，按外力作用方式又有壓(頂)彎、滾壓彎、拉彎和沖彎等。其主要目的是保證彎管的形狀、尺寸的同時，要盡量減少和防止彎管時產生的不同缺陷。6.5管道的彎曲6.5管道的彎曲冷彎或熱彎方法的選擇管子的尺寸規格和彎曲半徑管子材質低碳鋼、低合金鋼可以冷彎或熱彎；合金鋼、高合金鋼應選擇熱彎。彎管形狀較復雜，無法冷彎，可采用熱彎。不具備冷彎設備，采用熱彎。7.3.2彎管方法冷彎方法a.手動彎管法6.5管道的彎曲（3）冷彎管的回彈計算回彈量：管子冷彎后部分彈性變形的恢復在設計扇形輪半徑時，應比需要的彎曲半徑小些；在設計彎管的彎曲角時，應比需要的彎曲角大些。現以換熱管和U形管的設計、制造為例，簡介管件制造要求1、換熱管的拼接（1）同一根換熱管，其對接焊縫不得超過一條（直管）或兩條（U形管）。（2）最短管長不得小于300mm。（3）包括至少50mm直管段的U形管段范圍內不得有拼接焊縫。（4）對口錯邊量應不超過管子壁厚的15%，且不大于0.5mm；直線度偏差以不影響順利穿管為限。（5）對接后，應按表7-23選取鋼球直徑對焊接接頭進行通球檢查，以鋼球通過為合格。（6）對接焊接頭應作焊接工藝評定。（7）對接焊接接頭應進行射線檢測。（8）對接后的換熱管，應諸根做液壓試驗，試驗壓力為設計壓力的兩倍。6.5管道的彎曲2、U形管的彎制（1）U形管彎管段的圓度偏差，應不大于管子名義外徑的10%。（2）U形管不宜熱彎，否則應征得用戶同意。（3）當有耐應力腐蝕要求時，彎管U形管的彎管段及至少包括150mm直管段應進行熱處理：碳鋼、低合金鋼管作消除應力熱處理；奧氏體不銹鋼管可按供需雙方商定的方法進行熱處理。另外，對于其他設備，如鍋爐的管件制造還有管子端面傾斜度、對后的彎折度、管子彎曲角度偏差、彎曲管子的平面度等要求。6.5管道的彎曲6.6焊接焊接定義：兩種或以上材料通過加壓或加溫或加壓加溫，可以加填充材料或不用，實現分子或原子的融合的永久連接。在化工容器與設備的制造中，焊接結構所占比例可達90%以上，在整個工業中占45%。6.6.1焊接的特點焊接技術的優點：1結構可靠，接頭連接系數高；2與鉚接和鑄件相比，結構簡單3連接厚度大，焊接最大可達300mm;4密封性好，焊接結構對各種流體介質都有良好的密封性5可焊接不同的材料，發揮各種材料耐腐蝕性和高強度等優點6設計靈活簡單，焊接結構可通過對接，角接，搭接等多種方法設計成任何結構7制造工藝簡單，生產周期短，成本低6.6.1焊接的特點

焊接的缺點1焊接變形和焊接殘余應力，多數焊接方法采用局部加熱，從而產生一個不均勻的溫度場，在一定的條件下會影響結構的承載能力，加工精度和尺寸的穩定性。2焊接接頭的性能不均勻性，由于填充金屬和基體金屬的成分組織不同，這種不均勻性對結構的力學行為，尤其對斷裂行為的影響。3止裂性差，裂紋一旦擴展就不容易制止。4焊接缺陷——氣孔、裂紋、夾渣。

6.6.2焊接種類1熔化焊：指焊接過程中，將焊接接頭在高溫等的作用下至熔化狀態。由于被焊工件是緊密貼在一起的，在溫度場、重力等的作用下，不加壓力，兩個工件熔化的融液會發生混合現象。待溫度降低后，熔化部分凝結，兩個工件就被牢固的焊在一起，完成焊接的方法。2固相焊：兩個金屬（非金屬也可以），通過表面接觸，不需要熔化過程（出現液相），直接達到結合。3釬焊：指用比母材熔點低的金屬材料作為釬料，用液態釬料潤濕母材和填充工件接口間隙并使其與母材相互擴散的焊接方法。焊縫分類根據GB150-1998《鋼制壓力容器》，壓力容器受壓部分焊縫分為A、B、C、D四類基本形式和特點對接接頭、T形（十字形）接頭、角接頭、搭接接頭常用接頭形式對接接頭搭接接頭接頭形式角接接頭T形接頭焊縫的空間位置平焊橫焊空間位置立焊仰焊全位置焊6.6.3焊接接頭的應力集中1應力集中的概念由于焊接的形狀和焊縫布置的特點，焊接接頭工作應力的分布是不均勻的，其最大應力比平均應力值高，這種情況稱應力集中。表達式：焊接接頭中存在應力集中的影響因素

焊接工藝缺陷、冶金缺陷、夾渣、氣孔、咬邊、未焊透均會引起應力集中、其中咬邊、未焊透較為嚴重;不合理的焊縫外形。不同焊縫形狀會引起不同程度的應力集中;接頭型式：不同接頭型式引起應力集中不同;制造過程中的缺陷;焊接殘余應力。電弧焊焊接接頭的應力分布1對接接頭的應力分布①對接接頭的焊縫形狀產生了結構不連續性，因而引起不同的應力分布，在焊縫與母材的過渡處引起應力集中，最大應力集中部位在焊趾。T字接頭（十字接頭）的應力分布

十字接頭有熔透和未熔透兩種①未熔透的十字接頭，在焊趾和焊根處有較大的應力集中系數，其中以焊根處為最大。②熔透的十字接頭有較小的應力集中系數。常用角接接頭6.6.4焊縫組織和性能線能量：單位焊縫長度上所接受的能量6.6.4焊縫組織和性能反應焊接熱循環曲線的特征參數1加熱速度2加熱的最高溫度tmax3高溫停留時間TH4冷卻速度vc或冷卻時間T6.6.4焊縫組織和性能焊接接頭的組織與性能焊縫區金屬一次結晶二次結晶熱影響區金屬半熔化區正火區再結晶區藍脆區6.6.5坡口焊接坡口的選擇和設計1主要目的是保證焊接接頭全焊透2設計或選擇坡口首先要考慮被焊接材料的壁厚3主要坡口的加工方法4不同形式的坡口，焊接變形是不同的5注意施焊時的可焊到性6焊接材料的消耗量盡量少7復合鋼板的坡口過渡層焊縫金屬的稀釋率6.6.6常用焊接方法及其焊接工藝常用的焊接方法主要有手工電弧焊、埋弧自動焊、氣體保護電弧焊、電渣焊、堆焊和窄間隙焊。焊接工藝評定：為驗證所擬定的焊件焊接工藝的正確性而進行的試驗過程及結果評價。焊接工藝指導書：未驗證試驗所擬定的、經評定合格的、用于指導生產的焊接工藝文件。手工電弧焊設備：弧焊變壓器（交流電焊機）、弧焊發電機（直流帶電焊機）和弧焊整流器；焊鉗；焊接電纜；面罩手工電弧焊選擇弧焊設備：焊條涂層、類型和被焊接頭、裝備的重要性，其次才是價格問題。低氫鈉型焊條、重要的焊接接頭、壓力容器等裝備的焊接，選用成本比較高的直流焊機或者整流焊機。對于酸性焊條和一般的焊接結構，通常選用交流焊機。手工電弧焊為保證焊接質量選定的參數，稱為焊接工藝參數。主要包括焊接電流、焊接電弧電壓、焊接速度、焊接線能量、焊條直徑、多層焊的層數、焊接冷卻時間、焊接預熱溫度等。A焊條直徑。根據被焊工件的厚度來選擇。見表5-14，平焊對接時焊條直徑的選擇。還要考慮焊接接頭形式、焊接位置、焊接層數的影響。手工電弧焊B焊接電流、焊接電弧電壓、焊接速度焊接電流。焊接電流與焊條直徑的關系，見表5-15。焊接電流的選擇，首先要保證焊接質量，其次再適當采用較大的焊接電流，提高生產效率。焊接電弧電壓。焊接電弧電壓的大小（一般約為20~30V）主要由電弧長度確定。電弧長則電壓高，電弧短則電壓低。焊接速度。焊接速度影響生產效率，盡量采用較大的焊接速度。手工電弧焊C焊接層數。每層焊接厚度不超過5mm，手工電弧焊一次最大熔深深度約為6-8mm。焊接線能量手工電弧焊E焊接冷卻時間焊接接頭性能的影響因素：加熱速度、加熱最高溫度、高溫停留時間和冷卻速度一般低合金鋼大部分相變過程是在800—500℃范圍內τ8/5：用以代替800—500℃的冷卻時間埋弧自動焊埋弧自動焊優點：生產效率高焊接質量好節省金屬和電能

有風時的保護效果好勞動條件好缺點：主要適用于水平位置焊接難以焊接鋁鈦等金屬適于長焊縫焊接不適合薄板焊接容易焊偏埋弧自動焊2、埋弧電焊機：分為自動焊和半自動焊區別在于：焊接速度是操作者控制還是自動完成焊機變位設備焊縫成形設備焊劑回收輸送設備輔助設備焊接夾具埋弧自動焊三、焊接規范主要包括焊接電流、電弧電壓、焊接速度焊接電流：B-熔寬H-熔深a-余高埋弧自動焊電弧電壓：與電弧長度成正比B-熔寬H-熔深a-余高鎢極氬弧焊熔化極氬弧焊CO2氣體保護焊6.6.7焊接材料的選擇JB/T4709-92《鋼制壓力容器焊接規程》選擇因素：化學成分、力學性能、焊接性能、容器結構特點、使用條件。要求：焊縫金屬的性能應高于或等于相應母材標準規定值的下限或者滿足圖樣規定的技術要求。6.6.7焊接材料的選擇相同鋼號相焊的焊縫金屬1、碳素鋼、碳錳低合金鋼的焊縫金屬應保證力學性能，且需控制抗拉強度上限。2、鉻鉬低合金鋼的焊縫金屬應保證化學成分和力學件能，且需控制抗拉強度上限。3、低溫用低合金鋼的焊縫金屬應保證力學性能，特別應保讓夏比(V形)低溫沖擊韌性。4、高合金鋼的焊縫金屬應保證力學性能和耐腐蝕性能。5、不銹鋼復合鋼板基層的焊縫金屬應保證力學什能，且需控制抗拉強度的上限；復層的焊縫金屬應保證耐腐蝕性能，當有力學性能要求時還應保證力學性能。6.6.7焊接材料的選擇不同鋼號相焊的焊縫金屬1、不同鋼號的碳素鋼、低合金鋼之間的焊縫金屬應保證力學性能。推薦采用與強度級別較低的母材相匹配的焊接材料。2、碳素鋼、低合金鋼與奧氏體高合金鋼之間的焊縫金屬應保證抗裂性能和力學性能。推薦采用鉛鎳含星較奧氏體高合金鋼母材高的焊接材料。3、焊接材料必須有產品質量證明書，并符合相應標準的規定，且滿足圖樣的技術要求，進廠時按有關質量保證體系規定驗收或復驗，合格后方準使用。6.6.8金屬材料的焊接性定義某種材料在一定焊接條件下，能否獲得優質焊接接頭的難易程度和該焊接接頭能否在使用條件下可靠運行工藝焊接性和使用焊接性6.6.8金屬材料的焊接性工藝焊接性：在一定焊接條件下，能否獲得組織、性能均勻一致，無缺陷的焊接接頭的能力。影響工藝焊接性的因素★材料因素★設計因素★工藝因素★使用因素6.6.8金屬材料的焊接性使用焊接性：指焊接接頭或整體結構滿足技術條件所規定的各種使用性能的程度。★力學性能★低溫韌性★抗脆性斷裂性能★高溫蠕變★疲勞性能★持久強度★抗腐蝕性能★……6.6.8金屬材料的焊接性焊縫的研究方法實際焊接法模擬焊接法理論估算法目的評定金屬材料的焊接性研制開發新型的焊接材料擬定產品的焊接工藝6.6.8金屬材料的焊接性碳當量：把鋼材化學成分中的碳和其他合金元素的含量多少對焊后淬硬、冷裂及脆化的影響折合成碳的相當含量。目的：評價低合金鋼冷裂紋敏感性國際焊接協會推薦Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15美國焊接學會（AWS）推薦Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/15+Cr/5+Mo/4+(Cu/13+P/2)

日本工業標準JIS和西歐標準WES推薦Ceq=C＋Mn/6＋Si/24＋Ni/40＋Cr/5＋Mo/4＋V/14Ceq越小，焊接性越好6.6.8金屬材料的焊接性6.6.9鋼的焊接一、碳鋼分類：按含碳量分類：低碳鋼C≤0.25%；

中碳鋼0.25%<C≤0.60；高碳鋼C>0.60%按冶煉方法分類：平爐煉鋼、轉爐鋼按脫氧程度分類：沸騰鋼；半鎮靜鋼；鎮靜鋼。按用途分類：結構鋼、工具鋼、耐熱鋼按鋼中的有害元素分：6.6.9鋼的焊接1、低碳鋼焊接特性：低碳鋼焊接性優良，含碳量低，錳、硅含量低，焊接接頭塑性和沖擊韌性好。低碳鋼焊接時應注意以下幾點：被焊接材料和焊接材料是否合格焊接線能量不能太大；一般不需預熱，但是剛性大的焊接結構需要考慮預熱。6.6.9

鋼的焊接中碳鋼的焊接注意事項大多數情況下需要預熱和控制層間溫度，以減低冷卻速度，防止產生馬氏體組織；焊后最好立即進行消除殘余應力處理，特別是厚大件；如不熱處理，也應該采用后熱處理，使氫擴散；焊接沸騰鋼時，注意向焊縫過渡錳、硅、鋁等脫氧元素。應選用低氫焊接材料6.6.9鋼的焊接高碳鋼焊接含碳量大于0.6%，高碳結構鋼、高碳工具鋼、高彈碳素鋼容易產生硬脆的高碳馬氏體注意事項：焊前應先退火焊接材料通常不用高碳鋼采用結構鋼焊接時必須預熱，250~350℃焊后工件應立即送入650℃的爐中保溫，進行消除殘余應力熱處理6.6.9

鋼的焊接一、高強鋼的焊接1、屈服強度在400MPa以下的低合金鋼在碳素鋼基礎上加上一定量合金元素的合金鋼，合金元素的含量不超過5%，廣泛應用于壓力容器、橋梁、船舶、飛機等特性：強度高、塑性好、韌性好16Mn:熱軋或正火，綜合性能、焊接性及加工工藝性能均優于普通碳素鋼6.6.9

鋼的焊接6.6.9鋼的焊接2屈服強度為500MPa的低合金鋼，典型的為18MnMoNb鋼用途：中溫、中高壓、厚壁壓力容器較好的綜合力學性能供貨狀態：正火+回火狀態，板厚特別大的采用調質狀態下供貨注意事項：應采取預熱措施，150~180℃可以手工電弧焊、埋弧焊、電渣焊、氣體保護焊焊接線能量適當大些焊后進行熱處理6.6.9鋼的焊接二、低溫用鋼的焊接要求：在使用溫度下具有足夠的韌性及抵抗脆性破壞的能力。一般通過合金元素的固溶強化細化晶粒，并通過正火、回火處理細化晶粒、均化組織，從而獲得良好的低溫性能。低溫用鋼的焊接較低的淬硬和冷裂傾向，焊接性能好6.6.9

鋼的焊接一、奧氏體鋼

顯微組織：奧氏體成分：高鉻不銹鋼+適量的Ni典型鋼種：18-8鋼0Cr18Ni91Cr18Ni9Ti25-20鋼2Cr25Ni20Si24Cr25Ni2025-35鋼0Cr21Ni324Cr25Ni35焊接接頭的晶間腐蝕區焊縫區腐蝕冶金措施：焊縫金屬超低碳或含有足夠的穩定化元素鈮調整焊縫化學成分獲得一定數量的鐵素體工藝措施：選用適當的焊接方法工藝參數方面操作方面：盡量采用窄焊縫，多道多層焊焊接區快速冷卻，焊縫背面可用純銅墊固溶處理：T＝1050-1150℃穩定化退火處理：T＝850-900℃＋2h焊接工藝要點焊接方法的選擇焊接材料的選擇操作工藝采用小電流焊接盡量避免重復加熱電弧要短避免在焊件或焊縫上引弧控制焊接工藝穩定以保證焊縫成分穩定

6.6.10異種金屬的焊接6.6.10

異種金屬的焊接6.7焊縫的無損檢測無損檢測以不損害被檢驗對象的使用性能為前提，應用多種物理原理和化學現象對各種工程材料、零部件、結構件進行有效地檢驗和測試，借以評價它們的連續性、完整性、安全可靠性及某些物理性能。包括探測材料或構件中是否有缺陷，并對缺陷的形狀、大小、方位、取向、分朽和內合物等倩況進行判斷；還能提供組織分布、應力狀態以及某些機械和物理量等信息。質量管理：無損檢測的主要目的之一就是對非連續加工或連續加工的原材料、零部件提供實時的的質量控制。在役檢測：及時發現影響裝置或構件繼續安全運行的隱患，并根據發現的早期隱患及其發展程度，在確定其方位、尺寸、形狀、取向和性質的基礎上，還要對裝置或構件能否繼續使用機器安全運行壽命進行評估。質量鑒定：對于制成品在進行組裝或投入使用之前，應進行最終檢驗，此即為質量鑒定。無損檢測的目的無損檢測的選用各種無損檢測方法有70多種，最常用的有射線檢測、超聲檢測、磁粉檢測、滲透檢測和渦流檢測等五種。其他還有聲發射檢測、紅外線檢測和聲振檢測等選擇不用的檢測方法，主要基于經濟和技術兩方面的考慮。６.7.1射線探傷射線產生射線性質射線探傷的原理和準備焊縫射線透照缺陷等級評定缺陷評定步驟射線的產生X射線主要有X射線管產生，在真空玻璃外殼內的陰極（燈絲）和陽極（靶面）之間加上幾十至幾百千伏電壓，被加熱的燈絲放出電子在高電壓電場作用下，以極高的速度撞擊到靶面，產生大量熱量和少量X射線能量。γ射線是由放射性同位素的核反應、核衰變或裂變放射出的。常用的60Co、192Ir(銥)等。γ射線的產生X射線、Υ射線同是電磁波，后者波長短、能量高、穿透能力大。兩者性質相似。X射線的主要性質如下：不可見，直線傳播不帶電，不受電場、磁場影響能穿透可見光不能透過的物質，如金屬材料與光波相同，有反射、折射和干涉現象能被傳播物質衰減能使氣體電離能使照相膠片感光，使某些物質產生熒光作用能產生生物效應，傷害、殺死生命細胞射線的性質射線檢測的原理和準備X射線檢測原理：當射線通過被檢物體時，有缺陷部位（如氣孔、非金屬夾雜等）與無缺陷部位對射線吸收能力不同一般情況是透過有缺陷部位的射線強度高于無缺陷部位的射線強度因而可以通過檢測透過被檢物體后的射線強度的差異，來判斷被檢物體中是否有缺陷存在。射線檢測的原理和準備d:有效焦點尺寸L1:射線源到工件上表面的距離L2:膠片至工件上表面的距離δ:被檢工件在透照方向上的厚度(在此條件下，為工件厚度)F：焦點至膠片距離，焦距，F=L1+L2J0:射線原有強度Jδ:透過工件射線強度Jx:透過缺陷的強度X射線檢測原理：底片的保存在低溫、低潮濕環境，避免與有害腐蝕介質接觸避免人為缺陷產生射線透照質量等級根據JB4730《承壓設備無損檢測》分為三類：A級（普通級）：不重要位置AB級（較高級）：較重要位置，鍋爐一般采用AB級B級（高級）：重要位置射線檢測的原理和準備射線檢測的幾何條件射線檢測的原理和準備ug：幾何不清晰度d：有效焦點尺寸L1：射線源到工件上表面的距離L2：膠片至工件上表面的距離δ：被檢工件在透照方向上的厚度(在此條件下，為工件厚度)