2023年《安全管理》之特种设备用钢材及焊接基础知识.docx

特种设备用钢材及焊接根底知识 　(一)承压类特种设备用钢 　　 　　钢材是制造承压类特种设备的主要材料。钢材的质量及性能的好坏对于承压类特种设备平安运行，有着重要的影响和作用。 　　 　　1．按钢中所含化学成分分 　　 　　按钢中所含化学成分可以将钢分成碳素钢和合金钢两大类： 　　 　　2．按金相组织分 　　 　　钢材经正火处理后所得金相组织不同，可分为珠光体钢、贝氏体钢、奥氏体钢、铁索体钢。 　　 　　钢在加热或冷却中没有相变，始终保持铁素体组织，此种钢称为铁素体钢。高铬钢即属于铁素体钢，具有较高的抗氧化能力。碳在α-Fe中的固溶体称为铁素体，用符号F表示。 　　 　　(二)金属的机械性能 　　 　　所谓金属的机械性能是指在一定的温度条件和外力作用下，抵抗变形和断裂的能力，如强度、硬度、塑性、韧性等，也称力学性能。 　　 　　以低碳钢为例，金属材料受拉伸外力作用引起的变形过程可分3个阶段，即弹性变形、塑性变形、断裂变形3个阶段。由拉伸试验可获得强度和塑性指标。 　　 　　1．强度 　　 　　金属强度是指在外力作用下，抵抗变形和破坏的能力。应用最普遍的是强度指标。强度指标主要是屈服极限(σs或σ0．2)和抗拉强度极限(σb)。 　　 　　2．塑性 　　 　　金属的塑性是指在外力作用下，能引起永久变形而不发生破裂，并在外力取消后，仍能保持变形后形状的能力。材料的塑性值也可通过拉伸试验测得，通常用伸长率δ(延伸率)和断面收缩率ψ来表示。 　　 　　3．冲击韧性 　　 　　金属的冲击韧性即为在冲击力作用下，抑制变形和断裂的能力。它还是金属材料在塑性变形范围内吸收能量的能力，因此，也可按冲击值的大小来衡量材料的塑性。目前国内外广泛采用一次摆锤弯曲试验，缺口型式有夏比(U)和夏比(V)两种。表示冲击韧性的参数也有两种，一种是以冲断试样消耗的冲击功Ak(单位：J)表示；另一种是以单位缺口处断面所耗的冲击功ak(单位：J／cm2)表示。目前压力容器钢板全部改为用夏比(V)冲击功(即AkV)作为冲击韧性验收标准。只有少数压力容器锻件还用夏比(U)冲击值(即akU)作为冲击验收标准。 　　 　　钢中气体含量较高或晶粒粗大，那么韧性差。根据冲击后断裂的形式，可以判断材料的质量及晶粒大小。冲击韧性试验还能测定金属材料由韧性状态向脆性状态过渡的转变温度。 　　 　　4．硬度 　　 　　硬度是指金属材料抵抗更硬异物压入的能力。硬度说明材料的耐磨性和切削加工的可能性。一般说来，硬度较高，材料的耐磨性较好。常用的硬度有布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HR)、维氏硬度(HV)3种。 　　 　　5．冷弯 　　 　　冷弯性能是材料抵抗弯曲断裂能力的标志，它间接反映了材料的塑性。这个试验既可检查钢的塑性好坏，也可以考核其加工工艺性能，也能暴露钢板受试面缺陷以及焊接接头的焊接缺陷。 　　 　　6．断裂韧性 　　 　　断裂韧性是反映材料对裂纹扩展的抵抗能力。对于中低强度钢的断裂韧性，目前较普遍采用临界裂纹张开位移(COD)值δc表示；对于高强钢的脆断问题，那么应用材料的平面应变断裂韧性值Kic表示。 　　 　　7．金属材料高温机械性能 　　 　　炼油化工设备相当数量是在中等温度(＜350℃)和高温下使用。中、高温压力容器通常以350℃分界；而金属材料机械性能概念中，通常高于室温均作高温对待。 　　 　　(三)焊接 　　 　　焊接是通过加热或加压或同时加热加压，使焊件连接部位形成原子结合的一种工艺加工方法。 　　 　　承压类特种设备受压元件焊接中焊接方法有两大类：一类是熔焊，就是将焊件接头加热到熔化状态(不加压)完成焊接的方法；另一类是压焊，就是将焊件接头施加压力(加热或不加热)完成焊接的方法。每一类中都包括许多具体的焊接方法。 　　 　　承压类特种设备受压元件中常用的焊接方法大多属熔焊，例如手工电弧焊，自动埋弧焊；手工钨极氩弧焊，自动气体保护焊，电渣焊等。属于压焊的摩擦焊在电站锅炉制造的管子焊接中用得也较多。 　1．手工电弧焊 　　 　　1)特点 　　 　　手工电弧焊是通过手工操纵焊条与焊件产生电弧，利用电弧热使焊件局部和焊条熔化形成熔池完成焊接的方法。 　　 　　手工电弧焊的特点是，对材料和焊接位置适应性强，适于焊接碳钢、低合金钢、耐热钢、不锈耐蚀钢等，适于锅炉制造、安装、修理中各种位置的焊接，设备简单，便于使用和维护；焊钳小，操作灵便；焊接质量受焊工操作技术水平的影响很大，对焊工操作技能要求较高，生产率较低，焊工的劳动强度较大；有些情况下焊接工作条件较差。