1壓力容器制造冷、熱加工焊接組對(duì)熱處理（必要時(shí)）第1頁(yè)/共33頁(yè)第一頁(yè)，共34頁(yè)。23.2壓力容器制造工藝對(duì)鋼材性能的影響3.2.1塑性變形3.2.2焊接3.2.3熱處理研究冷或熱壓力加工造成的塑性變形、焊接工藝和熱處理對(duì)鋼材性能的影響第2頁(yè)/共33頁(yè)第二頁(yè)，共34頁(yè)。33.2.1塑性變形材料在載荷下的變形彈性變形塑性變形或永久變形第3頁(yè)/共33頁(yè)第三頁(yè)，共34頁(yè)。4一、應(yīng)變硬化二、熱加工和冷加工★三、各向異性四、應(yīng)變時(shí)效材料在塑性變形中內(nèi)部性能的變化：第4頁(yè)/共33頁(yè)第四頁(yè)，共34頁(yè)。5一、應(yīng)變硬化見(jiàn)應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖從該曲線可以看到，從d卸載后，d′g表示消失了的彈性變形而od′表示不再消失的塑性變形。卸載后，在短時(shí)間內(nèi)再次加載，則應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系按照dd′變化，到了d以后，按照def變化。到d以前材料都是彈性的，以后才出現(xiàn)塑性變形。相當(dāng)于形成了新的材料曲線。比較，可見(jiàn)在第2次加載時(shí)，其比例極限提高了，但塑性變形和延伸率卻有所減低，表明，在常溫下把材料拉伸到塑性變形，然后卸載，當(dāng)再次加載時(shí)，將使材料的比例極限提高，而塑性減低。這種現(xiàn)象稱(chēng)為冷做硬化。（加工硬化、應(yīng)變硬化）——材料力學(xué)冷做硬化經(jīng)退火，可消失。加工硬化可提高材料的抗變形能力，但塑性降低第5頁(yè)/共33頁(yè)第五頁(yè)，共34頁(yè)。6熱加工或熱變形:凡是在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的塑性變形熱變形時(shí)加工硬化和再結(jié)晶現(xiàn)象同時(shí)出現(xiàn)，但加工硬化被再結(jié)晶消除，變形后具有再結(jié)晶組織，因而無(wú)加工硬化現(xiàn)象。特點(diǎn)在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的塑性變形冷加工或冷變形:特點(diǎn)冷變形中無(wú)再結(jié)晶出現(xiàn)，因而有加工硬化現(xiàn)象。由于冷變形時(shí)有加工硬化現(xiàn)象，塑性降低，每次的冷變形程度不宜過(guò)大，否則，變形金屬將產(chǎn)生斷裂破壞。二、冷加工和熱加工從金屬學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)區(qū)分，冷、熱加工的分界線是金屬的再結(jié)晶溫度。第6頁(yè)/共33頁(yè)第六頁(yè)，共34頁(yè)。7▲鋼板沖壓成各種封頭后，由于塑性變形，厚度會(huì)發(fā)生變化。例如，鋼板沖壓成半球形封頭后，底部變薄，邊緣增厚。在壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意這種厚度的變化。第7頁(yè)/共33頁(yè)第七頁(yè)，共34頁(yè)。8三、各向異性非金屬夾雜物熱加工呈纖維狀金屬材料力學(xué)性能產(chǎn)生方向性a、平行于纖維組織方向的強(qiáng)度、塑性和韌性提高，b、垂直方向的塑性和韌性降低c、變形越大，性能差異越明顯因勢(shì)利導(dǎo)：纖維組織的穩(wěn)定性高，不能用熱處理方法加以消除。壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能使零件在工作時(shí)產(chǎn)生的最大正應(yīng)力與纖維方向重合，最大切應(yīng)力方向與纖維方向垂直。纖維組織金屬再結(jié)晶帶狀組織第二相合金第8頁(yè)/共33頁(yè)第八頁(yè)，共34頁(yè)。9四、應(yīng)變時(shí)效應(yīng)變時(shí)效經(jīng)冷加工塑性變形的碳素鋼、低合金鋼，在室溫下停留較長(zhǎng)時(shí)間，或在較高溫度下停留一定時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度提高，塑性和韌性降低的現(xiàn)象，稱(chēng)為應(yīng)變時(shí)效。第9頁(yè)/共33頁(yè)第九頁(yè)，共34頁(yè)。10發(fā)生應(yīng)變時(shí)效的鋼材，不但沖擊吸收功大幅度下降，而且韌脆轉(zhuǎn)變溫度大幅度上升，表現(xiàn)出常溫下的脆化。應(yīng)變時(shí)效危害降低應(yīng)變時(shí)效的措施一般認(rèn)為，合金元素中，碳、氮增加鋼的應(yīng)變時(shí)效敏感性。減少碳、氮含量，加入鋁、鈦、釩等元素，使它們與碳、氮形成穩(wěn)定化合物，可顯著減弱鋼的應(yīng)變時(shí)效敏感性。第10頁(yè)/共33頁(yè)第十頁(yè)，共34頁(yè)。113.2.2焊接※焊接是壓力容器制造過(guò)程的重要環(huán)節(jié)和質(zhì)量必須得到保證的環(huán)節(jié)焊接方法：熔焊（壓力容器制造中應(yīng)用最廣）壓焊釬焊熔焊機(jī)理：形成牢固的原子間結(jié)合，使待連接件成為一體焊接接頭加熱至熔化融化的母材填充金屬熔池冷卻結(jié)晶后第11頁(yè)/共33頁(yè)第十一頁(yè)，共34頁(yè)。12一、焊接接頭的組織和性能二、焊接應(yīng)力與變形三、減少焊接應(yīng)力和變形的措施四、焊接接頭常見(jiàn)缺陷五、焊接接頭檢查第12頁(yè)/共33頁(yè)第十二頁(yè)，共34頁(yè)。13一、焊接接頭的組織和性能焊接接頭組成焊縫熔合區(qū)熱影響區(qū)1、焊縫

由熔池的液態(tài)金屬凝固結(jié)晶而成，通常由填充金屬和部分母材金屬組成。

因結(jié)晶是從熔池邊緣的半熔化區(qū)開(kāi)始的，低熔點(diǎn)的硫磷雜質(zhì)和氧化鐵等易偏析集中在焊縫中心區(qū)，影響焊縫的力學(xué)性能。第13頁(yè)/共33頁(yè)第十三頁(yè)，共34頁(yè)。142、熔合區(qū)焊接接頭中，焊縫向熱影響區(qū)過(guò)渡的區(qū)域。組織：熔合區(qū)的加熱溫度在合金的固相和液相線之間，其化學(xué)成分和組織性能有很大的不均勻性塑性差、強(qiáng)度低、脆性大、易產(chǎn)生焊接裂紋，是焊接接頭中最薄弱的環(huán)節(jié)之一性能：第14頁(yè)/共33頁(yè)第十四頁(yè)，共34頁(yè)。153、熱影響區(qū)是焊縫兩側(cè)母材因焊接熱作用（但未熔化）而發(fā)生金相組織和力學(xué)性能變化的區(qū)域。組織及性能在熱影響區(qū)內(nèi)，各處離開(kāi)焊縫金屬距離不同，材料被加熱和冷卻速度也不同，從而形成了多種金相組織區(qū)，使其力學(xué)性能也不同。第15頁(yè)/共33頁(yè)第十五頁(yè)，共34頁(yè)。16以低碳鋼為例加以說(shuō)明熱影響區(qū)的各個(gè)金相組織區(qū)：過(guò)熱區(qū)：對(duì)于焊接剛度大的結(jié)構(gòu)或含碳量高的易淬火鋼，常在此區(qū)產(chǎn)生裂紋正火區(qū)：焊接接頭中組織和性能最好的區(qū)域部分正火區(qū)：力學(xué)性能不均勻第16頁(yè)/共33頁(yè)第十六頁(yè)，共34頁(yè)。17二、焊接應(yīng)力與變形焊接焊接件產(chǎn)生溫度梯度接頭組織和性能的不均勻焊接應(yīng)力和應(yīng)變焊接應(yīng)力和變形分別是指焊接過(guò)程中焊件內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力和變形。焊接殘余應(yīng)力焊后殘留在焊件內(nèi)的焊接應(yīng)力第17頁(yè)/共33頁(yè)第十七頁(yè)，共34頁(yè)。18焊接殘余應(yīng)力的危害：焊接殘余應(yīng)力它是沒(méi)有外載荷作用時(shí)就存在的應(yīng)力焊接變形使焊件形狀和尺寸發(fā)生變化，需要進(jìn)行矯形。變形過(guò)大會(huì)因無(wú)法矯形而報(bào)廢。焊接變形的危害局部區(qū)域應(yīng)力過(guò)高，使結(jié)構(gòu)承載能力下降，引起裂紋，甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效與外載荷產(chǎn)生的應(yīng)力疊加第18頁(yè)/共33頁(yè)第十八頁(yè)，共34頁(yè)。19平板對(duì)接焊縫焊接殘余應(yīng)力分布見(jiàn)圖3-1所示。由于焊縫和近焊縫區(qū)的熱變形受到約束，會(huì)產(chǎn)生焊接殘余變形。如果在焊接過(guò)程中，焊件能較自由伸縮，則：焊后的變形較大而焊接應(yīng)力??；反之，變形小，焊接應(yīng)力大。此外，焊接前壓力容器成形不符合要求，例如筒體的不圓度，也會(huì)產(chǎn)生焊接裝配應(yīng)力，使局部區(qū)域應(yīng)力升高。第19頁(yè)/共33頁(yè)第十九頁(yè)，共34頁(yè)。20三、減少焊接應(yīng)力和變形的措施如：＊盡量減少焊接接頭數(shù)量＊相鄰焊縫間應(yīng)保持足夠的間距＊盡可能避免交叉，避免出現(xiàn)十字焊縫＊焊縫不要布置在高應(yīng)力區(qū)＊焊前預(yù)熱等等＊當(dāng)焊接造成的殘余應(yīng)力會(huì)影響結(jié)構(gòu)安全運(yùn)行時(shí)，還需設(shè)法消除焊接殘余應(yīng)力。設(shè)計(jì)焊接工藝第20頁(yè)/共33頁(yè)第二十頁(yè)，共34頁(yè)。21四、焊接接頭常見(jiàn)缺陷常見(jiàn)焊接缺陷第21頁(yè)/共33頁(yè)第二十一頁(yè)，共34頁(yè)。22a、裂紋形成：在焊接應(yīng)力及其它致脆因素共同作用下，焊接接頭中局部區(qū)域的金屬原子結(jié)合力遭到破壞而形成的縫隙。特點(diǎn)：它具有尖銳的裂端和大的長(zhǎng)寬比。位置：裂紋多數(shù)發(fā)生在焊縫中，也有的產(chǎn)生在焊縫熱影響區(qū)。第22頁(yè)/共33頁(yè)第二十二頁(yè)，共34頁(yè)。23危害：裂紋是焊接接頭中最危險(xiǎn)的缺陷，壓力容器的破壞事故多數(shù)是由裂紋引起的。根據(jù)裂紋的形成條件、時(shí)間和溫度的不同，焊接裂紋一般可分為熱裂紋冷裂紋再熱裂紋層狀撕裂應(yīng)力腐蝕裂紋第23頁(yè)/共33頁(yè)第二十三頁(yè)，共34頁(yè)。24b、夾渣殘留在焊縫金屬中的熔渣稱(chēng)為夾渣。因夾渣的幾何形狀不規(guī)則，存在棱角或尖角，易造成應(yīng)力集中，它往往是裂紋的起源，過(guò)長(zhǎng)和密集的夾渣是不允許存在的。危害：c、未焊透焊接接頭根部未完全熔透而留下空隙的現(xiàn)象稱(chēng)為未焊透。危害：它減少了焊縫的有效承載面積，在根部處產(chǎn)生應(yīng)力集中，容易引起裂紋，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。第24頁(yè)/共33頁(yè)第二十四頁(yè)，共34頁(yè)。25d、未熔合對(duì)于厚截面結(jié)構(gòu)，熔焊時(shí)需要多道焊接。焊道與母材之間，或焊道與焊道之間，未能完全熔化結(jié)合的部分稱(chēng)為未熔合。它類(lèi)似于裂紋，易產(chǎn)生應(yīng)力集中，是危險(xiǎn)缺陷。危害：e、焊瘤是焊接過(guò)程中，熔化金屬流到焊縫以外未熔化的母材上所形成的金屬堆積。危害：易造成應(yīng)力集中，并在下面伴隨著未熔合、未焊透等缺陷。第25頁(yè)/共33頁(yè)第二十五頁(yè)，共34頁(yè)。26f、氣孔氣孔是焊接過(guò)程中，熔池金屬中的氣體在金屬凝固時(shí)未來(lái)得及逸出，而在焊縫金屬中殘留下來(lái)所形成的孔穴。危害：它在一定程度上減少了焊縫的承載面積，但由于沒(méi)有尖銳的邊緣，危害性相對(duì)較小。g、咬邊沿著焊趾的母材部位產(chǎn)生的凹陷或構(gòu)槽，稱(chēng)為咬邊。危害：它不僅會(huì)減少母材的承載面積，還會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，危害較為嚴(yán)重，較深時(shí)應(yīng)予消除。第26頁(yè)/共33頁(yè)第二十六頁(yè)，共34頁(yè)。27五、焊接接頭檢查破壞性檢查非破壞性檢查外觀檢查密封性檢驗(yàn)無(wú)損檢測(cè)直觀檢驗(yàn)量具檢驗(yàn)射線透照檢測(cè)超聲檢測(cè)表面檢測(cè)磁粉檢測(cè)滲透檢測(cè)渦流檢測(cè)測(cè)內(nèi)部缺陷測(cè)表面和近表面缺陷設(shè)計(jì)中要給出相應(yīng)的檢測(cè)方法（用水、氣、油等）第27頁(yè)/共33頁(yè)第二十七頁(yè)，共34頁(yè)。283.2.3熱處理改善綜合性能熱處理壓力容器制造中的熱處理焊后消除應(yīng)力熱處理固溶處理穩(wěn)定化處理第28頁(yè)/共33頁(yè)第二十八頁(yè)，共34頁(yè)。29一、焊后消除應(yīng)力熱處理目的：盡量消除因塑性變形加工、鍛造、焊接等引起的殘余應(yīng)力，改善焊接接頭的塑性和韌性，恢復(fù)因冷作和時(shí)效而劣化的力學(xué)性能。應(yīng)用：

當(dāng)鋼板很厚，介質(zhì)的毒性程度為極度或高度危害，或有應(yīng)力腐蝕傾向時(shí)，壓力容器應(yīng)進(jìn)行焊后熱處理。

由于有色金屬、不銹鋼的塑性好，用它們制造的壓力容器一般不進(jìn)行熱處理。對(duì)于壓力容器中經(jīng)常遇到的厚截面鋼板或鍛件，很難使整個(gè)截面上的性能盡可能均勻，此時(shí)應(yīng)精心設(shè)計(jì)熱處理工藝并嚴(yán)格執(zhí)行。第29頁(yè)/共33頁(yè)第二十九頁(yè)，共34頁(yè)。30二、改善綜合性能熱處理1、固溶處理

將合金加熱到一定溫度并保持足夠長(zhǎng)時(shí)間,使過(guò)剩相充分溶解到固溶體中,然后在水中或空氣中快速冷卻,以抑制這些被溶物質(zhì)重新析出,從而得到在室溫下的過(guò)飽和固溶體的工藝，稱(chēng)為固溶處理。目的：提高合金的韌性和抗腐蝕性。第30頁(yè)/共33頁(yè)第三十頁(yè)，共34頁(yè)。31例如，含鈦或鈮的奧氏體不銹鋼在850～900℃溫度范圍內(nèi)加熱適當(dāng)時(shí)間，使鈦或鈮以碳化物的形式析出，從而達(dá)到穩(wěn)定組織的目的，提高抗晶間腐蝕的能力。2、穩(wěn)定化處理:目的：穩(wěn)定組織，防止構(gòu)件形狀和尺寸發(fā)生時(shí)效性變化。第31頁(yè)/共33頁(yè)第三十一頁(yè)，共34頁(yè)。32討論題工程上應(yīng)從哪些方面來(lái)確保焊接質(zhì)量？第32頁(yè)/共33頁(yè)第三十二頁(yè)，共34頁(yè)。33謝謝您的觀看！第3