承压类特种设备无损检测——相关知识

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1、承压类特种设备无损检测承压类特种设备无损检测 相关知识相关知识2007.8第一篇金属材料、热处理及焊接基本第一篇金属材料、热处理及焊接基本 知识知识第一章第一章 金属材料及热处理基本知识金属材料及热处理基本知识 金属材料的性能主要包括以下两个方面金属材料的性能主要包括以下两个方面 1.1.使用性能（力学性能、物理性能、化学性能）使用性能（力学性能、物理性能、化学性能） 2.2.工艺性能工艺性能 使用性能：决定了材料的应用范围，使用的可靠使用性能：决定了材料的应用范围，使用的可靠 性和使用的寿命性和使用的寿命 工艺性能：对制造成本，生产效率产品质量有很工艺性能：对制造成本，生产效率产品质量有很

2、大的影响。大的影响。1.1 1.1 材料力学基本知识材料力学基本知识承压类特种设备材料的力学性能指标主要包 括强度、硬度、塑性、韧性等而这些指标 可以通过力学性能试验测定。 1.1.1 应力和应变 应力：物体在外力作用下而变形时，其内部 任一截面单位面积上的内应力的大小。（ 方向垂直于截面的应力称为正应力它可分 为拉应力和压应力两种） 应变：物体在外力作用下，其形状尺寸发生 相对变化。1.1.2 强度 金属的强度是指金属抵抗永久变形和断裂的能 力（材料强度指标可以通过拉伸试验测出） 抗拉强度b，屈服强度s 是评价材料强度性能 指标的两个最重要的指标。 1.1.3 塑性 塑性是指材料在载荷作用下

3、断裂前发生不可逆 永久变形的能力。（评定材料塑性的指标用伸 长率和断面收缩率表示） 特别要指出的是单纯 追求塑性会限制材料的强 度，造成产品粗大笨重，浪费材料减少使用寿 命。1.1.4 1.1.4 硬度硬度硬度是指材料抵抗局部变形或表面损伤的能硬度是指材料抵抗局部变形或表面损伤的能 力。力。 硬度试验的主要方法硬度试验的主要方法 1.1.布氏硬度布氏硬度HB HB 2.2.洛氏硬度洛氏硬度HR HR 3.3.里氏硬度里氏硬度HLHL 4.4.维氏硬度维氏硬度HV HV 维氏硬度主要测定金属表面硬维氏硬度主要测定金属表面硬 度的。焊接性能试验中最高硬度试验是用维度的。焊接性能试验中最高硬度试验是

4、用维 氏硬度来测定焊缝、熔合线和热影响区硬度氏硬度来测定焊缝、熔合线和热影响区硬度 的的1.1.5 1.1.5 冲击韧性冲击韧性 冲击韧性是指材料在外加冲击载荷冲击韧性是指材料在外加冲击载荷 作用下断裂时消耗能量大小的特性作用下断裂时消耗能量大小的特性 冲击韧性是对材料的化学成分、冶冲击韧性是对材料的化学成分、冶 金质量、组织状态内部缺陷以及试金质量、组织状态内部缺陷以及试 验温度等比较敏感的一个质量指标验温度等比较敏感的一个质量指标 。 冲击韧性指标用冲击韧性指标用 A AK K表示，试样缺口表示，试样缺口 的形式有的形式有U U型和型和V V型两种。型两种。材料力学方面需要掌握的问题材料力

5、学方面需要掌握的问题1.1.了解使用性能、工艺性能主要目的是什么了解使用性能、工艺性能主要目的是什么 ？ 2.2.承压类特种设备材料的力学性能指标主要承压类特种设备材料的力学性能指标主要 包括哪些内容？包括哪些内容？ 3.3.强度的定义强度的定义 4.4.维氏硬度的作用以及焊接接头硬度的测定维氏硬度的作用以及焊接接头硬度的测定 一般应包括哪些部位？一般应包括哪些部位？ 5.5.冲击韧性可以衡量焊接接头的哪些质量指冲击韧性可以衡量焊接接头的哪些质量指 标？标？1.1.6 1.1.6 有关材料方面的进一步知识有关材料方面的进一步知识1. 1.应力应力 （1 1）应力的种类：剪切应力，弯曲应力和交）

6、应力的种类：剪切应力，弯曲应力和交 变应力变应力 当承压类特种设备壳体的形状发生变化或厚当承压类特种设备壳体的形状发生变化或厚 度改变时，会在不连续出及其附近产生剪度改变时，会在不连续出及其附近产生剪 切应力和弯曲应力切应力和弯曲应力 在长期交变应力下工作的承压类特种设备有在长期交变应力下工作的承压类特种设备有 些会出现疲劳和破坏现象。些会出现疲劳和破坏现象。 （2 2）应力集中的概念）应力集中的概念在承压类特种设备中，构件的截面尺寸发生在承压类特种设备中，构件的截面尺寸发生 突变，往往是缺陷引起的。这些缺陷统称为突变，往往是缺陷引起的。这些缺陷统称为 缺口，包括：表面损伤、焊缝咬边、气孔、缺

7、口，包括：表面损伤、焊缝咬边、气孔、 夹渣、未焊透、未熔合、裂纹等。应力集中夹渣、未焊透、未熔合、裂纹等。应力集中 的严重程度和缺口的大小有关。其中以裂纹的严重程度和缺口的大小有关。其中以裂纹 引起的应力集中最为严重。引起的应力集中最为严重。 （3 3）承压类特种设备的工作压力）承压类特种设备的工作压力试验表明；对对圆筒形容器来讲，环焊缝受试验表明；对对圆筒形容器来讲，环焊缝受 力只是纵焊缝的一半，而对球形容器来讲由力只是纵焊缝的一半，而对球形容器来讲由 于不存在切向应力，只有经向应力。故在相于不存在切向应力，只有经向应力。故在相 同压力和直径下，球形容器的壁厚比圆筒形同压力和直径下，球形容器

8、的壁厚比圆筒形 容器的壁厚大约可以减少一半。容器的壁厚大约可以减少一半。2.2.有关材料力学方面的进一步知识有关材料力学方面的进一步知识（1 1）弯曲试验）弯曲试验 弯曲试验是焊接接头力学性能试验的主要项目弯曲试验是焊接接头力学性能试验的主要项目 弯曲试验可以考核焊接接头的主要项目包括：焊缝和弯曲试验可以考核焊接接头的主要项目包括：焊缝和 热影响区的塑性、内部缺陷、焊缝的致密性、焊接热影响区的塑性、内部缺陷、焊缝的致密性、焊接 接头不同区域协调变形能力。接头不同区域协调变形能力。 （2 2）屈服比的概念）屈服比的概念 描述高强度金属材料的一个术语。描述高强度金属材料的一个术语。 （3 3）断裂

9、韧度）断裂韧度 断裂韧度是用来反映材料抵抗裂纹失稳扩展，即抵抗断裂韧度是用来反映材料抵抗裂纹失稳扩展，即抵抗 脆性断裂的指标。断裂韧度是材料的固有指标它与脆性断裂的指标。断裂韧度是材料的固有指标它与 裂纹的大小，形状，外加应力无关。主要取决材料裂纹的大小，形状，外加应力无关。主要取决材料 的成分，内部组织和结构。的成分，内部组织和结构。（4）钢材的脆化 a.冷脆化；金属材料在低温下呈现的脆性称 为冷脆性。 b.热脆性；钢材长时间停留在4005000C 后再冷却到室温，冲击韧度值会有明显下 降，这种现象称之为钢材的热脆性。 c.氢脆；钢中的氢会使材料的力学性能脆化 ，这种现象称为氢脆。钢中的氢主

10、要来源 三个方面1.冶炼过程中溶解在钢水中的氢 2.焊接过程中由于水或油污在高温下分解 出来的氢溶解在钢材中3.工作介质中的氢 进入钢中。氢致断裂只发生在-100 1500C的温度范围内。d.d.苛性脆化；苛性脆化一般都发生在受压元苛性脆化；苛性脆化一般都发生在受压元 件的铆接和涨接处。件的铆接和涨接处。E.E.应力腐蚀脆性断裂；由于拉应力与介质腐应力腐蚀脆性断裂；由于拉应力与介质腐 蚀联合作用引起的低应力脆性断裂叫做应力蚀联合作用引起的低应力脆性断裂叫做应力 腐蚀。腐蚀。 应力腐蚀产生的必要条件：应力腐蚀产生的必要条件： 1.1.元件承受拉应力的作用元件承受拉应力的作用 2.2.具有与材料种

11、类相匹配的特定腐蚀介质环具有与材料种类相匹配的特定腐蚀介质环 境境 3.3.材料对应力腐蚀的敏感程度。对钢材而言材料对应力腐蚀的敏感程度。对钢材而言 应力腐蚀的敏感性与的成分、组织及热处理应力腐蚀的敏感性与的成分、组织及热处理 情况有关。情况有关。有关材料和材料力学近一步知识方有关材料和材料力学近一步知识方 面需要掌握的问题面需要掌握的问题1.在承压类特种设备中，哪些缺陷会引起应 力集中？ 2.弯曲试验可以考核焊接接头的哪些性能指 标？ 3.钢中的氢是怎样产生的? 4.断裂韧度与哪些因素有关哪些因素无关？ 5.产生应力腐蚀的条件？1.2 1.2 金属学与热处理基本知识金属学与热处理基本知识1.

12、2.11.2.1金属的晶体结构金属的晶体结构常见的晶体结构：常见的晶体结构：1.1.体心立方晶格体心立方晶格2.2.面心立面心立 方晶格方晶格3.3.密排六方晶格密排六方晶格 1.2.2 1.2.2 铁碳合金的基本组织铁碳合金的基本组织 通常把钢和铸铁统称为铁碳合金。一般把含通常把钢和铸铁统称为铁碳合金。一般把含 碳量碳量0.020.02 2 2 的称为钢，把含碳量大的称为钢，把含碳量大 于于2 2 的称为铸铁。的称为铸铁。 含碳量对钢铁的性质有决定性的影响，所以含碳量对钢铁的性质有决定性的影响，所以 可以通过铁碳合金状态图来研究铁碳的有可以通过铁碳合金状态图来研究铁碳的有 关特性。关特性。F

13、eFeFeFe3 3C C0 0合金中的相构合金中的相构 1. 1.铁素体铁素体F F；铁素体的强度、硬度不高，具有；铁素体的强度、硬度不高，具有 良好的塑性和韧性。良好的塑性和韧性。2. 2.奥氏体奥氏体A A；奥氏体仅存在；奥氏体仅存在7277270 0以上的高温范以上的高温范 围内，奥氏体不具备铁磁性。围内，奥氏体不具备铁磁性。3. 3.渗碳体渗碳体FeFe3 3C C0 0 ；铁和碳的金属化合物，渗碳；铁和碳的金属化合物，渗碳 体的硬度很高，而塑性和韧性几乎为零，脆体的硬度很高，而塑性和韧性几乎为零，脆 性极大。性极大。4. 4.珠光体珠光体P P；珠光体的硬度和强度较高，塑性；珠光体

14、的硬度和强度较高，塑性 也好。也好。含碳量为含碳量为0.770.77 铁碳合金只发生共 析转变，其组织为100100 的珠光体。 称为共析钢。 含碳量大于含碳量大于0.770.77 铁碳合金称为过 共析钢。其组织是珠光体P渗碳体渗碳体 FeFe3 3C C0 0含碳量小于含碳量小于0.770.77 铁碳合金称为亚 共析钢。其组织是铁素体F珠光体 P1.2.3 1.2.3 热处理一般过程热处理一般过程热处理的工艺过程是由加热、保温、冷热处理的工艺过程是由加热、保温、冷 却三个过程组成的，其中温度和时间是却三个过程组成的，其中温度和时间是 影响热处理的主要因素。影响热处理的主要因素。 简要叙述钢在

15、热处理过程中的组织变化简要叙述钢在热处理过程中的组织变化 （1 1）加热时的转变奥氏体）加热时的转变奥氏体A A的形成的形成 （2 2）冷却时的转变奥氏体）冷却时的转变奥氏体A A的分解的分解1.2.41.2.4承压类特种设备用钢常见的金承压类特种设备用钢常见的金 相组织和性能相组织和性能承压类特种设备用钢常见的金相组织中有：承压类特种设备用钢常见的金相组织中有： 1.1.奥氏体奥氏体 2.2.铁素体铁素体 3.3.渗碳体渗碳体 4.4.珠光体珠光体 5.5.马氏体马氏体 6.6.贝贝 氏体氏体 7.7.魏氏组织魏氏组织 8.8.带状组织带状组织 性能（略）性能（略） 1.2.5 1.2.5

16、承压类特种设备常用的热处理工艺承压类特种设备常用的热处理工艺 1.1.退火；将钢试件加热到适当温度，保温一定时间缓退火；将钢试件加热到适当温度，保温一定时间缓 冷。以获得接近平衡状态的组织。冷。以获得接近平衡状态的组织。 目的目的（1 1）细化组织、降低硬度、改善切削加工性能细化组织、降低硬度、改善切削加工性能 完全退火完全退火目的（目的（2 2）降低硬度、改善切削加工性能、降低硬度、改善切削加工性能、 消除内应力。消除内应力。不不完全退火）完全退火）消除应力退火：主要是指焊后热处理，主消除应力退火：主要是指焊后热处理，主 要目的是消除焊接过程中产生的内应力要目的是消除焊接过程中产生的内应力 及冷作硬化。及冷作硬化。 2.2.正火；将工件加热到正火；将工件加热到Ac3Ac3或或AcmAcm以上