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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 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 A K 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）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 1.2.11.2.1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。 FeFeFeFe 3 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727727 0 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FeFe 3 3C C 0 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 FeFe 3 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 P 1.2.3 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 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以上以上3030 5050 0 0 C C，保持一定的时间在空气中冷却，保持一定的时间在空气中冷却 的热处理工艺。的热处理工艺。 目的：和退火的目的相同。所不同之处在目的：和退火的目的相同。所不同之处在 于冷却的速度。于冷却的速度。 3.3.淬火；将钢加热到临界温度以上，经适当淬火；将钢加热到临界温度以上，经适当 的保温后快冷，使奥氏体转变成马氏体的过的保温后快冷，使奥氏体转变成马氏体的过 程程。 目的：提高硬度和强度（轴承、模具）由于目的：提高硬度和强度（轴承、模具）由于 马氏体硬而脆，韧性很差，内应力很大，容马氏体硬而脆，韧性很差，内应力很大，容 易产生裂纹，故承压类设备材料和焊缝组织易产生裂纹，故承压类设备材料和焊缝组织 中一般不希望出现马氏体。中一般不希望出现马氏体。 4.4.回火；将经过淬火的钢加热到回火；将经过淬火的钢加热到AcIAcI一下的适一下的适 当温度，保持一定的时间空冷。当温度，保持一定的时间空冷。 目的：降低材料目的：降低材料 的内应力，提高韧性。的内应力，提高韧性。 5.奥氏体不锈钢的固溶处理和稳定化处理 把铬镍奥氏体不锈钢加热到1050 11000C，在保温一段时间，然后快速 冷却至4270一下已获得均匀的奥氏体组 织，这种方法称为固溶处理的铬镍奥氏 体不锈钢 目的：强度和硬度较低，韧性较好。而且 具有很好的耐腐蚀性和耐高温性能。 稳定化处理的目的是防止产生晶间裂纹。 其工艺条件是；把铬镍奥氏体不锈钢加 热到8509000C,保温6小时，在空气 中缓冷。 金属学与热处理基本知识应掌握的金属学与热处理基本知识应掌握的 内容内容 1.承压类特种设备用钢含碳量的规定。 2.共析钢、过共析钢、亚共析钢和含碳量的 关系及其组织。 3.承压类特种设备常用的热处理工艺过程包 括哪些内容？ 4.退火的主要目的？ 5.何谓奥氏体不锈钢的固溶处理，稳定化处 理的工艺条件？ 1.31.3承压类特种设备常用材料承压类特种设备常用材料 承压类特种设备是在承压状态下运行，材料要承承压类特种设备是在承压状态下运行，材料要承 受较大的工作压力，有些还要同时承受高温和受较大的工作压力，有些还要同时承受高温和 介质腐蚀，工作条件十分恶劣，如果在使用过介质腐蚀，工作条件十分恶劣，如果在使用过 程中发生破坏性事故，将会造成严重损失，因程中发生破坏性事故，将会造成严重损失，因 此对制作承压类特种设备的材料有一定的要求此对制作承压类特种设备的材料有一定的要求 这些要求主要包括：这些要求主要包括： 1.1.为保证安全性和经济性，所用材料应有足够的为保证安全性和经济性，所用材料应有足够的 强度，即较高的屈服极限和强度极限。强度，即较高的屈服极限和强度极限。 2.2.为保证在承受外加载荷为保证在承受外加载荷 时不发生脆性破坏，所时不发生脆性破坏，所 用材料应有良好的韧性。用材料应有良好的韧性。 3.3.所用材料应有良好的加工工艺性能，包括冷热所用材料应有良好的加工工艺性能，包括冷热 加工性能和焊接性能。加工性能和焊接性能。 4.4.所用材料应有良好的低倍组织和表面质量。所用材料应有良好的低倍组织和表面质量。 5.5.用以制造高温受压元件的材料应具有良好用以制造高温受压元件的材料应具有良好 的耐高温性的耐高温性 6.6.与腐蚀介质接触的材料应具有良好的抗腐与腐蚀介质接触的材料应具有良好的抗腐 蚀性能。蚀性能。 1.3.11.3.1钢的分类钢的分类 1.1.按含碳量分按含碳量分 (1)(1)低碳钢，含碳量低碳钢，含碳量 0.250.25 (2)(2)中碳钢，含碳量中碳钢，含碳量0.250.25 0.60.6 (3) (3) 高碳钢，含碳量高碳钢，含碳量 0.60.6 2.2.按钢的质量分类，碳钢可分为：按钢的质量分类，碳钢可分为： (1)(1)普通碳素钢（普通碳素钢（2 2）优质碳素钢（）优质碳素钢（3 3）高级优）高级优 质碳素钢。质碳素钢。 3.3.按钢的用途分类：按钢的用途分类： （1 1）碳素结构钢）碳素结构钢 （2 2）碳素工具钢）碳素工具钢 1.3.2 1.3.2 低碳钢低碳钢 低碳钢是锅炉和压力容器常用的钢材，碳是低碳钢是锅炉和压力容器常用的钢材，碳是 碳素钢中的主要合金元素，含碳量增加，钢碳素钢中的主要合金元素，含碳量增加，钢 的强度增大，但塑性和韧性降低，焊接性能的强度增大，但塑性和韧性降低，焊接性能 变差，因此制作焊接结构的锅炉和压力容器变差，因此制作焊接结构的锅炉和压力容器 所使用的碳素钢，含碳量一般不超过所使用的碳素钢，含碳量一般不超过0.250.25 。此外钢中还含有其他少量的元素；锰、硅。此外钢中还含有其他少量的元素；锰、硅 、硫、磷、氮等、硫、磷、氮等 压力容器用钢的含磷量不应大于压力容器用钢的含磷量不应大于0.030.03 1.3.3 低合金钢 承压类特种设备常用的低合金钢包括低合金结 构钢、低温钢、耐热钢。 低合金钢中通常添加的元素有锰、硅、铬、镍 、钼、钒、硼和稀土元素。 1.低合金结构钢 低合金结构钢又称为低合金高强度钢，这类钢 既有较高的强度，又有较好的塑性和韧性，使 用低合金钢代替碳素钢，在相同的条件下，重 量可以减少20 30 另外 价格低，冷、热 成型及焊接性能较好，因此在锅炉压力容器制 造中广泛应用。 2.2.低温钢低温钢 随着工业的发展众多的压力容器要在低温下运行随着工业的发展众多的压力容器要在低温下运行 。目前国内规范标准将低温压力容器和非低温压。目前国内规范标准将低温压力容器和非低温压 力容器的温度界限定为力容器的温度界限定为2020 0 0 C.C. 值得注意的是碳会强烈的影响钢的低温韧性，因值得注意的是碳会强烈的影响钢的低温韧性，因 此低温钢的含碳量要控制在此低温钢的含碳量要控制在0.20.2 已下。另外锰对已下。另外锰对 改善低温韧性十分有利随着锰含量的增加，钢的改善低温韧性十分有利随着锰含量的增加，钢的 脆变温度下降，镍具有与锰相同的性能。但是存脆变温度下降，镍具有与锰相同的性能。但是存 在于钢中的硫、磷、砷、锑铅等微量元素对钢的在于钢中的硫、磷、砷、锑铅等微量元素对钢的 低温韧性会产生不良的影响，低温压力容器使用低温韧性会产生不良的影响，低温压力容器使用 的专用钢中的硫、磷含量都低于低合金钢的专用钢中的硫、磷含量都低于低合金钢 3.3.低合金耐热钢低合金耐热钢 当工作温度在当工作温度在400400600600 0 0 C C时所使用的钢称之为低合时所使用的钢称之为低合 金耐热钢。（钼钢、铬钼钢、铬钼钒钢）金耐热钢。（钼钢、铬钼钢、铬钼钒钢） 1.3.4 1.3.4 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢 不锈钢种类有三种不锈钢种类有三种1.1.铁素体不锈钢（以铬为主加元铁素体不锈钢（以铬为主加元 素，素，0Cr130Cr13、1Cr171Cr17等）等）2.2.马氏体不锈钢（马氏体不锈钢（1Cr131Cr13、 2Cr132Cr13等等) 3.) 3.奥氏体不锈钢（以铬、镍为主加元素，奥氏体不锈钢（以铬、镍为主加元素， 0Cr18Ni90Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti)1Cr18Ni9Ti)奥氏体不锈钢即可以用作奥氏体不锈钢即可以用作 低温用钢也可以用作高温用钢。晶间腐蚀是奥氏体低温用钢也可以用作高温用钢。晶间腐蚀是奥氏体 不锈钢较常见的破坏形式，一般用固溶处理和稳定不锈钢较常见的破坏形式，一般用固溶处理和稳定 化处理来提高不锈钢的抗晶间腐蚀性能。化处理来提高不锈钢的抗晶间腐蚀性能。 承压类特种设备常用材料需要掌承压类特种设备常用材料需要掌 握的问题握的问题 1.1.对制作承压类特种设备的材料都有哪些要对制作承压类特种设备的材料都有哪些要 求？求？ 2.2.压力容器用钢的含磷量是如何规定的压力容器用钢的含磷量是如何规定的 ？ 3.3.目前国内规范标准对低温压力容器和非低目前国内规范标准对低温压力容器和非低 温压力容器的温度界限是多少？温压力容器的温度界限是多少？ 4.4.提高不锈钢抗晶间腐蚀性能的主要方法？提高不锈钢抗晶间腐蚀性能的主要方法？ 第二章第二章 焊接基本知识焊接基本知识 2.12.1承压类特种设备常用的焊接方法承压类特种设备常用的焊接方法 2.1.12.1.1手工电弧焊手工电弧焊 1.1.手工电弧焊的特点手工电弧焊的特点 手工电弧焊是通过高温下熔化金属与熔渣间的冶金手工电弧焊是通过高温下熔化金属与熔渣间的冶金 反应，还原并净化焊缝金属，从而得到优质的焊反应，还原并净化焊缝金属，从而得到优质的焊 缝。其特点是：设备简单、便于操作、适用于室缝。其特点是：设备简单、便于操作、适用于室 内外各种位置的焊接，可以焊接碳钢、低合金钢内外各种位置的焊接，可以焊接碳钢、低合金钢 、耐热钢、不锈钢等各种材料。缺点；生产效率、耐热钢、不锈钢等各种材料。缺点；生产效率 低、劳动强度大、对焊接技术水平要求高。低、劳动强度大、对焊接技术水平要求高。 2.2.手工电弧焊设备手工电弧焊设备 a.a.交流焊机交流焊机 b.b.旋转式直流焊机旋转式直流焊机 c.c.硅整流直流焊机硅整流直流焊机 3. 3.焊条的种类焊条的种类 按焊条药皮熔化后所形成熔渣的酸碱性不同可分为按焊条药皮熔化后所形成熔渣的酸碱性不同可分为 酸性焊条和碱性焊条酸性焊条和碱性焊条 （1 1）酸性焊条的优缺点；）酸性焊条的优缺点； 优点：工艺性能良好，成型美观对锈、油、水份的优点：工艺性能良好，成型美观对锈、油、水份的 敏感度不大，抗气孔能力强，广泛用于结构焊接。敏感度不大，抗气孔能力强，广泛用于结构焊接。 缺点：焊缝的冲击韧性较低，抗裂性较差。缺点：焊缝的冲击韧性较低，抗裂性较差。 （2 2）碱性焊条（低氢焊条）的优缺点；）碱性焊条（低氢焊条）的优缺点； 优点：抗裂性能良好、焊缝冲击韧性高、多用于锅优点：抗裂性能良好、焊缝冲击韧性高、多用于锅 炉，压力容器和压力管道的焊接。炉，压力容器和压力管道的焊接。 缺点：对锈、油、水份敏感容易产生气孔，电弧稳缺点：对锈、油、水份敏感容易产生气孔，电弧稳 定性差，深坡口焊接时脱渣性不好，发尘量大。定性差，深坡口焊接时脱渣性不好，发尘量大。 4. 4.手工电弧焊的焊接规范手工电弧焊的焊接规范 焊接规范是影响焊接质量和焊接生产率的各个焊接焊接规范是影响焊接质量和焊接生产率的各个焊接 工艺参数的总和。手工电弧焊的焊接规范包括：焊工艺参数的总和。手工电弧焊的焊接规范包括：焊 接电流、电弧电压、焊条种类和直径、焊接种类和接电流、电弧电压、焊条种类和直径、焊接种类和 极性、焊接速度、焊接参数等。极性、焊接速度、焊接参数等。 （1 1）焊接电流）焊接电流 焊接电流是影响焊接质量和生产率的主要因素之一焊接电流是影响焊接质量和生产率的主要因素之一 焊接电流过大会造成咬边、烧穿、焊瘤等缺陷，过焊接电流过大会造成咬边、烧穿、焊瘤等缺陷，过 小则容易产生未焊透、夹渣等缺陷。决定焊接电流小则容易产生未焊透、夹渣等缺陷。决定焊接电流 的主要因素是焊条直径和焊接位置。的主要因素是焊条直径和焊接位置。 （2 2）电弧电压）电弧电压 电弧电压主要影响焊缝的宽度，电压越高熔化宽度电弧电压主要影响焊缝的宽度，电压越高熔化宽度 越大。越大。 （3 3）焊条直径）焊条直径 应根据工件的厚度来选择焊条的直径。应根据工件的厚度来选择焊条的直径。 (4) (4) 焊接速度焊接速度 焊接速度应由焊工根据焊缝尺寸和焊条特性自焊接速度应由焊工根据焊缝尺寸和焊条特性自 行掌握，但焊接的速度不应超过每小时行掌握，但焊接的速度不应超过每小时1010米。米。 (5)(5)焊接层数焊接层数 对同一厚度工件而言适当的增加焊接层数可以对同一厚度工件而言适当的增加焊接层数可以 提高焊接接头的塑性。提高焊接接头的塑性。 5.5.手工电弧焊的焊接位置手工电弧焊的焊接位置 平焊、立焊、横焊、仰焊是对接接头的四种基平焊、立焊、横焊、仰焊是对接接头的四种基 本焊接方式。对管子环焊缝来说焊接的基本方本焊接方式。对管子环焊缝来说焊接的基本方 式有水平转动、垂直固定、水平固定、式有水平转动、垂直固定、水平固定、4545 0 0 位位 置置。 2.1.2 埋弧自动焊 1.埋弧自动焊的特点 焊接过程中主要的焊接操作都由机械自动完成者， 称作自动焊。自动焊接中，电弧被掩埋在焊剂层下 面燃烧并实施焊接，叫埋弧焊。 2.与手工电弧焊相比，埋弧自动焊的优点 （1）外观光滑美观、焊接质量良好稳定。 （2）节省材料和电能。 （3）焊接烟雾小，劳动强度低。 2.1.3 氩弧焊 氩弧焊是用惰性气体氩气作为保护气体的一种电弧 焊接方法。 氩弧焊的优缺点； 优点:（1）适用焊接各种钢材、有色金属及合金， 焊接质量优良，（2）便于实现全位置自动化焊接。 （3 3）焊接速度快，热影响区小，工件变形小）焊接速度快，热影响区小，工件变形小 （4)4)电弧稳定，飞溅少，焊缝致密，成型美观。电弧稳定，飞溅少，焊缝致密，成型美观。 缺点：成本高，设备控制系统复杂，生产效率低，只能用缺点：成本高，设备控制系统复杂，生产效率低，只能用 于薄工件。于薄工件。 2.1.4 2.1.4 二氧气体保护焊；二氧气体保护焊；2.1.5 2.1.5 等离子焊（略）等离子焊（略） 2.1.6 2.1.6 电渣焊电渣焊 电渣焊是利用电流通过液体溶渣所产生的电阻热进行焊接电渣焊是利用电流通过液体溶渣所产生的电阻热进行焊接 的方法。的方法。 电渣焊的特点电渣焊的特点(1)(1)宜在垂直位置焊接（宜在垂直位置焊接（2 2）适用于大厚度工）适用于大厚度工 件（件（3 3）渣池对被焊工件有较好的预热作用（）渣池对被焊工件有较好的预热作用（4 4）焊后必须）焊后必须 进行正火和回火热处理（进行正火和回火热处理（5 5）焊缝成型系数调节范围大。）焊缝成型系数调节范围大。 2.2 2.2 焊接接头焊接接头 2.2.12.2.1焊接接头的形式焊接接头的形式 焊接接头的形式一般由被焊接金属件的相互结焊接接头的形式一般由被焊接金属件的相互结 构和位置来决定的，通常的接头形式有构和位置来决定的，通常的接头形式有: :对接对接 接头、搭接接头、角接接头、接头、搭接接头、角接接头、T T形接头四种。形接头四种。 按每种接头的形式不同又有不同形式的坡口按每种接头的形式不同又有不同形式的坡口 ，焊接坡口形式指两金属连接处预先被加工，焊接坡口形式指两金属连接处预先被加工 成成 的结构形式，一般由焊接工艺决定，坡口的结构形式，一般由焊接工艺决定，坡口 的形式的选择要考虑以下因素：的形式的选择要考虑以下因素： 1.1.保证焊透保证焊透 2.2.充填焊缝部位的金属要尽量少充填焊缝部位的金属要尽量少 3.3.便于施焊，改善劳动条件，对圆筒形构件便于施焊，改善劳动条件，对圆筒形构件 尽量减少内焊接尽量减少内焊接 4.4.应尽量减少焊接变形量。应尽量减少焊接变形量。 2.2.2 2.2.2 焊接接头的组成焊接接头的组成 焊接接头包括；焊缝、熔合区和热影响区三部分。焊接接头包括；焊缝、熔合区和热影响区三部分。 焊接热影响区是焊接过程中，材料因受热的影响而焊接热影响区是焊接过程中，材料因受热的影响而 发生金相组织和机械性能变化的区域，热影响区的发生金相组织和机械性能变化的区域，热影响区的 宽度与焊接方法、线能量、板厚及焊接工艺有关。宽度与焊接方法、线能量、板厚及焊接工艺有关。 2.2.3 2.2.3 焊接接头的组织和性能焊接接头的组织和性能 焊接接头中，焊缝金属是高温液态冷却到常温固态焊接接头中，焊缝金属是高温液态冷却到常温固态 ，在这期间经历了两次结晶过程。第一次是由液相，在这期间经历了两次结晶过程。第一次是由液相 转变成固相，叫一次结晶过程，在固相发生组织转转变成固相，叫一次结晶过程，在固相发生组织转 变叫做二此结晶。变叫做二此结晶。 在一次结晶过程中，由于冷却速度快，焊缝金属元在一次结晶过程中，由于冷却速度快，焊缝金属元 素来不及扩散，会产生化学成分分布不均匀的现象素来不及扩散，会产生化学成分分布不均匀的现象 ，这种现象称为偏析，偏析可能使焊缝力学性能和，这种现象称为偏析，偏析可能使焊缝力学性能和 耐腐蚀性能不均匀，还有可能产生缺陷。热裂纹的耐腐蚀性能不均匀，还有可能产生缺陷。热裂纹的 产生与偏析有关。产生与偏析有关。 焊缝金属的二次结晶的组织和性能与焊缝的化学成分焊缝金属的二次结晶的组织和性能与焊缝的化学成分 、冷却速度、及焊后热处理有关。另外必须指出的是、冷却速度、及焊后热处理有关。另外必须指出的是 焊缝的余高不能增加整个焊接接头的强度，因为余高焊缝的余高不能增加整个焊接接头的强度，因为余高 仅仅使焊缝截面增大，为使熔合区和热影响区增大，仅仅使焊缝截面增大，为使熔合区和热影响区增大， 相反，由于余高的存在恰好在熔合区和热影响区部位相反，由于余高的存在恰好在熔合区和热影响区部位 造成结构的不连续性，从而导致应力集中，使焊接接造成结构的不连续性，从而导致应力集中，使焊接接 头的疲劳强度下降。头的疲劳强度下降。 2.3 2.3 焊接应力与变形焊接应力与变形 焊接应力与变形往往使焊接产品质量下降，焊缝中裂焊接应力与变形往往使焊接产品质量下降，焊缝中裂 纹的产生与焊接应力有着密切的关系，残余应力大的纹的产生与焊接应力有着密切的关系，残余应力大的 部位会发生应力腐蚀和疲劳裂纹。部位会发生应力腐蚀和疲劳裂纹。 2.3.12.3.1焊接应力和变形的概念焊接应力和变形的概念 我们所说的焊接应力和变形就是指焊接的残我们所说的焊接应力和变形就是指焊接的残 余内应力和焊接的残余变形。余内应力和焊接的残余变形。 1. 1.焊接应力的分类；焊接应力的分类； （1 1）热应力（）热应力（2 2）组织应力）组织应力(3)(3)瞬时应力（瞬时应力（4 4） 残余应力残余应力 2. 2.焊接变形的分类焊接变形的分类 由于焊接接头型式不同，工件的厚度、焊缝由于焊接接头型式不同，工件的厚度、焊缝 的长度不同，焊缝会出现不同形式的变形，的长度不同，焊缝会出现不同形式的变形， 大体可以分为：纵向变形、横向变形、弯曲大体可以分为：纵向变形、横向变形、弯曲 变形、角变形等多种形式。变形、角变形等多种形式。 2.3.2 2.3.2 焊接变形和应力的形成焊接变形和应力的形成 焊接变形和应力是由于多种因素同时作用造成的，焊接变形和应力是由于多种因素同时作用造成的， 其中最主要的因素有：焊件上的温度分布不均匀、其中最主要的因素有：焊件上的温度分布不均匀、 熔敷金属的收缩、焊接接头金属组织的转变及工件熔敷金属的收缩、焊接接头金属组织的转变及工件 刚性约束等。刚性约束等。 2.3.3 2.3.3 焊接应力的控制焊接应力的控制 措施措施 焊接件内应力是不可避免的，但是可以根据其产生焊接件内应力是不可避免的，但是可以根据其产生 的机理和规律找出一些措施控制它，使危害减少到的机理和规律找出一些措施控制它，使危害减少到 最小。控制内应力的主要工艺措施是最小。控制内应力的主要工艺措施是 1.1.合理的装配与焊接顺序合理的装配与焊接顺序 2.2.焊前予热焊前予热 2.3.4 2.3.4 消除焊接应力的方法；消除焊接应力的方法； （1 1）热处理发（）热处理发（2 2）机械发（）机械发（3 3）振动发）振动发 2.4 2.4 承压类特种设备常用钢材的焊接承压类特种设备常用钢材的焊接 2.4.12.4.1钢材的焊接性钢材的焊接性 1.1.焊接性的含义焊接性的含义 工艺焊接性；指焊接接头出现裂纹的可能性（工艺焊接性；指焊接接头出现裂纹的可能性（ 抗裂性）抗裂性） 使用焊接性；指焊接接头在使用中的可靠性（使用焊接性；指焊接接头在使用中的可靠性（ 耐热性、耐腐蚀性、塑性、韧性、硬度等）耐热性、耐腐蚀性、塑性、韧性、硬度等） 2.2.焊接性的估算焊接性的估算 钢材的焊接性能主要取决钢材的化学成分，特钢材的焊接性能主要取决钢材的化学成分，特 别是碳对焊接的影响最大，所以在工程上以碳别是碳对焊接的影响最大，所以在工程上以碳 当量进行估算。当量进行估算。 3.3.焊接性试验焊接性试验 焊接性试验主要包括以下内容；焊接性试验主要包括以下内容； (1)(1)焊接接头的抗热裂纹能力焊接接头的抗热裂纹能力 (2)(2)焊接接头的抗冷裂纹能力焊接接头的抗冷裂纹能力 (3)(3)焊接接头的抗脆性转变能力焊接接头的抗脆性转变能力 (4)(4)焊接接头的使用性能（如耐腐蚀性、耐热性、低焊接接头的使用性能（如耐腐蚀性、耐热性、低 温韧性等温韧性等) ) 4.4.焊接工艺评定焊接工艺评定 焊接工艺评定是在钢材焊接性能试验的基础上，结焊接工艺评定是在钢材焊接性能试验的基础上，结 合承压类特种设备特点，技术条件，在制造单位具合承压类特种设备特点，技术条件，在制造单位具 体条件下进行的焊接工艺验证试验，它的作用是评体条件下进行的焊接工艺验证试验，它的作用是评 定施焊单位制定的焊接作业指导书是否正确，施焊定施焊单位制定的焊接作业指导书是否正确，施焊 单位能否焊出合格的产品。单位能否焊出合格的产品。 2.4.2 2.4.2 控制焊接质量的工艺措施控制焊接质量的工艺措施 承压类特种设备使用最多的是低合金高强钢，低合承压类特种设备使用最多的是低合金高强钢，低合 金高强钢的焊接最重要的原则是避免淬硬组织和控金高强钢的焊接最重要的原则是避免淬硬组织和控 制冷裂纹。控制焊接质量的工艺措施的主要内容有制冷裂纹。控制焊接质量的工艺措施的主要内容有 ； 1.1.予热；预热的温度一般在予热；预热的温度一般在50502502500 0 C C 之间，预热之间，预热 温度与施焊时的环境温度、钢种的强度级别、坡口温度与施焊时的环境温度、钢种的强度级别、坡口 形式、焊接材料的类型，金属的含氢量有关。形式、焊接材料的类型，金属的含氢量有关。 2.2.焊接能量参数；焊接能量参数是指焊接电流、电焊接能量参数；焊接能量参数是指焊接电流、电 弧电压、焊接速度。弧电压、焊接速度。 3.3.多层多道焊多层多道焊 4.4.紧急后热紧急后热 5.5.焊条烘烤和坡口清洁焊条烘烤和坡口清洁 2.4.3 低碳钢的焊接 1.低碳钢的焊接性 （1）低碳钢一般塑性较好，没有淬硬倾向，对 焊接加热和冷却不敏感，焊缝和热影响区不容易 产生裂纹。 （2）一般焊前不需要预热 （3）杂质少，偏析很小 （4）但工艺选择不当，热影响区的晶粒会长大 （5）可采用交、直流电源，工艺简单。 2.低碳钢焊接的工艺措施 低碳钢焊接一般不需要预热，焊后也无需进行热 处理。但当厚度特别大时，焊后需要回火处理。 在低温焊接时需要预热，电渣焊后必须进行正火 处理。 2.4.4 2.4.4 低合金钢的焊接低合金钢的焊接 1.1.低合金钢的焊接特点低合金钢的焊接特点 （1 1）热影响区的淬硬倾向比较大）热影响区的淬硬倾向比较大 （2 2）容易出现冷裂纹）容易出现冷裂纹 2.2.产生冷裂纹的主要原因；产生冷裂纹的主要原因； （1 1）焊缝和热影响区的氢含量）焊缝和热影响区的氢含量 （2 2）热影响区的淬硬程度）热影响区的淬硬程度 （3 3）焊接接头的刚度所决定的焊接应力大小）焊接接头的刚度所决定的焊接应力大小 2.4.5 2.4.5 奥氏体不锈钢的焊接奥氏体不锈钢的焊接 1.1.奥氏体不锈钢的焊接性奥氏体不锈钢的焊接性 奥氏体不锈钢的焊接性较好，焊接时一般不需要采奥氏体不锈钢的焊接性较好，焊接时一般不需要采 取特殊的工艺措施，但当焊接工艺选择不当时，容取特殊的工艺措施，但当焊接工艺选择不当时，容 易出现晶间腐蚀及裂纹。易出现晶间腐蚀及裂纹。 2.2.奥氏体不锈钢的焊接时，防止或减少晶间腐蚀的奥氏体不锈钢的焊接时，防止或减少晶间腐蚀的 主要措施；主要措施； （1 1）使焊缝形成双相组织）使焊缝形成双相组织 （2 2）严格控制含碳量）严格控制含碳量 （3 3）添加稳定剂）添加稳定剂 （4 4）焊后热处理）焊后热处理 （5 5）采用正确的焊接工艺）采用正确的焊接工艺 3.3.奥氏体不锈钢的焊接时，防止产生热裂纹的主要奥氏体不锈钢的焊接时，防止产生热裂纹的主要 措施；措施； (1)(1)在焊缝中加入形成铁素体的元素在焊缝中加入形成铁素体的元素 (2)(2)减少母材和焊缝的含碳量减少母材和焊缝的含碳量 (3)(3)严格控制焊接规范严格控制焊接规范 焊接基本知识需要掌握的问题焊接基本知识需要掌握的问题 1.酸性焊条、碱性焊条的优缺点？ 2.氩弧焊的优缺点？氩弧焊的优缺点？ 3.3.电渣焊的主要特点？电渣焊的主要特点？ 4.4.焊接接头是指哪几部分？焊接接头是指哪几部分？ 5.5.控制焊接接头内应力的主要工艺措施有哪些控制焊接接头内应力的主要工艺措施有哪些 ？ 6.6.消除焊接应力的主要方法？消除焊接应力的主要方法？ 7.7.焊接性试验主要包括哪些内容？焊接性试验主要包括哪些内容？ 8.8.低合金钢焊接中，产生冷裂纹的主要原因？低合金钢焊接中，产生冷裂纹的主要原因？ 9.9.奥氏体不锈钢的焊接时，防止或减少晶间腐奥氏体不锈钢的焊接时，防止或减少晶间腐 蚀的主要措施有哪些？蚀的主要措施有哪些？ 第二篇承压类特种设备基本知识第二篇承压类特种设备基本知识 特种设备指人们生产和生活中广泛使用的，特种设备指人们生产和生活中广泛使用的， 发生故障可能危机公众安全的，受到政府发生故障可能危机公众安全的，受到政府 监督管理的设备。在监督管理的设备。在特种设备安全监察特种设备安全监察 条例条例中特种设备分为两大类：承压类设中特种设备分为两大类：承压类设 备包括锅炉、压力容器及压力管道。机电备包括锅炉、压力容器及压力管道。机电 类特种设备包括电梯、起重机、场（厂）类特种设备包括电梯、起重机、场（厂） 内机动车辆、游乐设施、客运索道。内机动车辆、游乐设施、客运索道。 无损检测技术广泛地应用予承压类特种设备无损检测技术广泛地应用予承压类特种设备 的制造、安装和使用中的检验，为了保证的制造、安装和使用中的检验，为了保证 特种设备的质量，所以无损检测人员应当特种设备的质量，所以无损检测人员应当 对承压类特种设备的基本知识有一定的了对承压类特种设备的基本知识有一定的了 解，并且对与承压类特种设备密切相关的解，并且对与承压类特种设备密切相关的 法律、法规有所熟悉。法律、法规有所熟悉。 第三篇锅炉的基本知识(开卷） 3.1概述 3.1.1锅炉的定义和用途 1.锅炉的定义；锅炉是指利用各种燃料，电或其他 能源，将所盛装的液体加热到一定的参数，并承 载一定压力的密闭设备。 2.用途；为工农业生产、交通运输、人们生活提供 动力和热能。 3.1.2锅炉的特点； (1)一旦投入使用就要连续运行 (2)在承受较高的压力同时，还要在高温下工作。 (3)受热面广泛接触到烟、火、水等物质，在一定 条件下回对锅炉腐蚀。 (4)(4)各受压元件承受不同的压力，而产生相应各受压元件承受不同的压力，而产生相应 的应力。的应力。 (5)(5)由于各元件的工作温度不同，热胀冷缩的由于各元件的工作温度不同，热胀冷缩的 程度也不同，产生的附加应力也不同。程度也不同，产生的附加应力也不同。 3.1.3 3.1.3 锅炉的主要参数锅炉的主要参数 1.1.容量（输出功率）容量（输出功率）2.2.压力压力 3.3.温度温度 3.1.43.1.4饱和水和水蒸气性质（略）饱和水和水蒸气性质（略） 3.33.3锅炉的结构锅炉的结构 3.3.13.3.1锅炉结构的基本要求锅炉结构的基本要求 总的要求是：安全可靠、高能低耗总的要求是：安全可靠、高能低耗 3.3.23.3.2锅炉主要受压元件锅炉主要受压元件 1. 1.锅筒锅筒2. 2.锅壳锅壳3. 3.联箱联箱4. 4.下降管下降管5. 5.受热面管受热面管6. 6.省煤省煤 气气7. 7.过热器过热器8. 8.减温器减温器9. 9.再热器再热器10.10.炉胆炉胆11.11.下脚圈下脚圈 12.12.炉门圈、喉管、冲天管。炉门圈、喉管、冲天管。 3.3.33.3.3锅炉的安全附件锅炉的安全附件 锅炉的安全附件包括；安全阀、压力表、水锅炉的安全附件包括；安全阀、压力表、水 位计、水位警报器、排污阀等。其中，安全位计、水位警报器、排污阀等。其中，安全 阀、压力表、水位计通常被人们称为锅炉的阀、压力表、水位计通常被人们称为锅炉的 三大附件。三大附件。 3.3.43.3.4典型的锅炉结构典型的锅炉结构 1. 1.立式弯水管锅炉立式弯水管锅炉 2. 2.快装水、火管锅炉快装水、火管锅炉 3. 3.偏锅偏锅 筒快装水火管锅炉筒快装水火管锅炉4. 4.但横汽包水管锅炉但横汽包水管锅炉 n n 被被 3.4 3.4 锅炉的工作过程锅炉的工作过程 3.4.13.4.1锅炉汽水流程系统（略）锅炉汽水流程系统（略） 3.4.23.4.2锅炉水循环锅炉水循环 锅炉水循环有自然循环和强制循环两种。锅炉水循环有自然循环和强制循环两种。 3.53.5锅炉的无损检测要求锅炉的无损检测要求 锅炉的无损检测要遵循以下原则；锅炉的无损检测要遵循以下原则； 1.1.交叉部位优先检测交叉部位优先检测 2.2.高参数、大容量的锅炉无损检测要求高高参数、大容量的锅炉无损检测要求高 （检测比例、合格级别）（检测比例、合格级别） 3.3.不是不是100100 检测而是抽查检测而是抽查 4.4.采用采用RTRT、UTUT并用并用 5.对封头和下脚圈的拼缝，应在加工成型后， 进行检测。 6.锅炉中的重要角焊缝，一般不采用RT检测， 而采用UT检测。 7.需做热处理的焊接接头，无损检测要在热处 理之后进行。 8.厚度70mm的管子，在焊到20mm时要进行 100 的射线检测 9.锅炉定期检验时，若宏观检查未发现明显变 形时，一般不采取RT或UT检测，但对重要的角 焊缝和主体焊缝可以进行表面检测。 锅炉基本知识应掌握的问题锅炉基本知识应掌握的问题 1.锅炉的三大安全附件是指哪些附件 ? 2.锅炉有哪几种水循环方式？ 3.简述锅炉无损检测应遵循的原则？ 第四篇压力容器基本知识（开卷）第四篇压力容器基本知识（开卷） 4.1 4.1 概述概述 4.1.14.1.1压力容器的定义和用途压力容器的定义和用途 从广义上讲，凡承受流体介质压力的密闭壳从广义上讲，凡承受流体介质压力的密闭壳 体都可以称作压力容器。体都可以称作压力容器。 压力容器安全技术监察规程压力容器安全技术监察规程从安全的角从安全的角 度出发，讲同时具备以下三个条件的容器度出发，讲同时具备以下三个条件的容器 称为压力容器：称为压力容器： 1.1.最高工作压力大于最高工作压力大于0.1MPa(0.1MPa(不含液体静压力不含液体静压力 ） 2.2.内直径大于内直径大于0.15m0.15m，且容积（，且容积（V)V)大于等于大于等于 0.025m0.025m 3 3 3.3.盛装介质为气体、液化气体或最高工作温盛装介质为气体、液化气体或最高工作温 度高于等于标准沸点的液体。度高于等于标准沸点的液体。 4.1.2 4.1.2 压力容器的主要工艺参数压力容器的主要工艺参数 压力容器的工艺参数是进行压力容器计算压力容