特种设备无损检测相关知识讲义.ppt

1,无损检测相关知识,二○○六年四月武玉林,2,第一部分法规和标准,一、特种设备无损检测人员考核与监督管理规则1、发布时间2003年8月8日国质检锅[2003]248号文发布执行。2、适用方法RT、UT、MT、PT、ET、AE、TIR七种。3、人员分级Ⅰ（低）、Ⅱ（中）、Ⅲ（高）4、发证机构国家质检总局5、考核机构全国考委会（Ⅲ）级；各省级考委会（Ⅰ、Ⅱ级）6、报考条件,3,①、年龄和身体18～60岁，视力满足要求②、学历Ⅰ级初中（含）以上学历Ⅱ级高中（含）以上学历③、持低一级证时间Ⅱ级一般大专3个月；高中专、职高（机电类）1年；无损检测大专、理工本科零。Ⅲ级无损检测大专3年；理工本科4年；一般大专6年；高中专、职高（机电类）8年。④、特殊要求报考Ⅲ级，有2个Ⅱ级证。报考RTⅢ、UTⅢ，有1个MTⅡ或PTⅡ；报考MTⅢ、PTⅢ、ETⅢ、AEⅢ，有1个RTⅡ或UTⅡ。,4,7、考核项目Ⅰ、Ⅱ级笔试和实际操作Ⅲ级笔试、口试、实际操作8、合格标准70分9、证件有效期4年10、复试①.在有效期满当年的2月底前向相应考委会提出复试申请。②.年满65周岁以上者不再受理。③.特殊情况无法按时复试，于当年2月底前提出延期复试申请，经同意办理证件延期手续。复试延期最长1年。④.Ⅰ级人员经指定培训后直接换发证件。Ⅱ、Ⅲ级人员参加复试考核。,5,⑤.一次复试未合格者，可再参加复试考核，期间可从事低一级工作。二次不合格，可通过省质监局申请直接取低一级的证件。10、人员职责Ⅰ级人员在Ⅱ、Ⅲ级人员指导下进行无损检测操作、记录检测数据、整理检测资料Ⅱ级人员可编制一般无损检测程序，按照无损检测工艺规程或在Ⅲ级人员指导下编写工艺卡，并按检测工艺独立进行检测操作，评定检测结果，签发检测报告。Ⅲ级人员可根据标准编制无损检测工艺、审核或签发检测报告，协调Ⅱ级人员对检测结论的技术争议。,6,11、违规行为①.伪造检验检测人员证或超项目检测；②.弄虚作假，检测伪造检测数据，出具虚伪检测结果或鉴定结论；③.违反检测程序、工艺，造成检测结果或鉴定结论严重失实④.玩忽职守，因检测失误造成重大责任事故；⑤.从事特种设备生产、销售、监售、监制、监销等违规活动；⑥.同时在2个以上单位执业。12、违规处罚,7,①.情节严重的吊销检测证。②.涉嫌犯罪的移交司法机关追究法律责任。③.被吊销资格者，3年内不再受理报考申请。13、受聘单位变更①.Ⅰ、Ⅱ级人员提交新单位劳动合同或受聘证明文件及原证件，经原单位所在地省级质监局签章，报新单位所在地省质监局审核，报国家质监局核准后换发新证。②.Ⅲ级人员提交新单位劳动合同或受聘证明文件及原证件，经原单位所在地质监局签章，向全国考委会申请，报国家质监局核准换发证件。14、证件遗失补办本人提书面申请，原证件注明的聘用单位确认签章，发证机关核准补发。,8,二、压力容器安全技术监察规程,1、壳体主体焊缝检测比例与合格标准（88条）压力容器对接接头射线检测或超声波检测的比例，按台计分为全部（100）和局部（20）两种。按JB4730标准，全部检测射线Ⅱ级合格，超声波I级合格；局部检测射线Ⅲ级合格，超声波Ⅱ级合格。铁素体钢制低温容器，局部无损检测比例应不小于50。2、接管对接接头检测比例与合格标准（88条）公称直径大于等于250mm（或公称直径小于250mm，其壁厚大于28mm）的接管对接接头的无损检测比例及合格级别与壳体主体焊缝相同；公称直径小于250mm、壁厚小于等于28mm时仅做表面无损检测，合格标准为JB4730Ⅰ级。,9,3、其它焊接接头检测比例与合格标准（87条）⑴、交叉部位、开孔区被覆盖的焊缝100RT；⑵、拼接封头、管板对接接头100RT；⑶、拼接补强圈对接接头100UT或RT。⑷、搪玻璃设备上下接环与夹套组装接头、Dn＜250mm的接管焊接接头可免做无损检测。⑸、合格级别与容器壳体对接接头一致。4、拼接封头检测要求（87条）应在成形后进行无损检测，若成形前进行检测，则成形后应在圆满弧过渡区再做无损检测。,10,5、探伤方法的选择（86条）⑴、T≤38mm，射线检测。不能进行射线检测时，采用可记录的超声检测。⑵、T＞38mm（或20＜T≤38mm且σb下限＞540MPa的材料），射线检测局部超声检测，或超声检测局部射线检测。不能进行射线或超声检测时，采用其它局部无损检测。Ⅱ复验原因射线检测具有一定的局限性，它对于细微的裂纹类缺陷和与表面平行的未熔合类缺陷容易漏检，特别是工件厚度增加时，射线检测灵敏度也随之下降。为了提高此类缺陷的检出率，所以压力容器安全技术监察规程规定，对于母材厚度大于38mm的焊缝，如选用射线检测，还应用超声波检测方法进行复验。,11,⑶、有无损检测要求的角接接头、T型接头，不能进行射线或超声检测时，应100表面检测。⑷、铁磁性材料表面检测优先用磁粉检测。⑸、有色金属容器对接接头尽量采用射线检测。6、压力容器表面无损检测要求（91条）⑴、压力容器材料σb下限＞540MPa时，容器坡口表面、对接接头、角接接头、T形接头、临时吊耳、拉筋垫板割除后的焊疤打磨部位应进行磁粉或渗透检测。合格标准为JB4730I级。⑵、现场组焊的压力容器，现场焊接的焊接接头耐压试验前进行表面检测，耐压试验后进行局部表面检测，发现超标缺陷，进行补充检测，仍不合格，则100表面检测。7、扩探要求（87条）局部RT或UT的焊接接头，若发现超标缺陷，则应进行不少于该条焊缝长度10的补充检测，如仍不合格，应对该条焊接接头进行全部检测。,12,8、采用两种方法时检测结果的判定（89条）压力容器对接接头采用射线和超声波两种方法检测时，均应合格。其质量要求和合格级别应按各自标准确定。9、检测时机规定（82条）压力容器焊接接头应在外观和形状尺子寸检查合格后才能进行无损检测。有延迟裂纹倾向的材料在焊后24小时后进行，有再热裂纹倾向的材料在热处理后再进行一次无损检测。10、对接接头必须进行100检测的情况（85条）⑴、GB150、GB151规定进行100检测的容器；⑵、第三类压力容器；,13,⑶、第二类容器中易燃介质反应容器和储存容器；⑷、P设＞50MPa的压力容器；⑸、P设＞0.6MPa的管壳式余热锅炉；⑹、焊缝系数为1的压力容器；⑺、疲劳分析设计的压力容器；⑻、采用电渣焊的容器；⑼使用后无法进行内外部检验或耐压试验的容器；⑽、铝、铜、镍、钛及其合金制容器中①、介质为易燃或毒性为极度、高度、中度危害的；②、采用气压试验的；③、P设≥1.6Mpa的。,14,11、钢板超声波检测要求（14条）用于制造压力容器壳体的碳素钢和低合金钢，需逐张进行UT检测的⑴、介质毒性程度为极度、高度危害的；⑵、介质为液化石油气且H2S含量100mg/L；⑶、最高工作压力≥10MPa的；⑷、GB150、GB151、GB12337规定的；⑸、移动式压力容器。合格标准1、2、5-JB4730Ⅱ级，3-JB4730Ⅲ级；4-按GB150、GB151、GB12337规定,15,三、GB150-1998钢制压力容器,1、焊接接头的分类A、B、C、D四类,16,⑴、A类筒体纵向接头、球形封头与筒体连接的环向接头、凸形封头拼接接头嵌入式接管与筒体和封头连接的接头。⑵、B类筒体环向接头、锥形封头小端接管连接的接头、长径法兰与接管连接的接头。⑶、C类平盖、管板与筒体非对接连接的接头、法兰与接管、壳体连接接头、内封头与筒体的搭接接头、多层包扎容器层板纵向接头。⑷、D类接管、人孔、凸缘、补强圈等与壳体连接接头、,17,2、A、B类接头规定100RT或UT检测的容器⑴、δn＞30mm的碳素钢、16MnR;⑵、δn＞25mm的15MnVR、15MnV、20MnMo、奥氏体不锈钢；⑶、σb下限＞540MPa的材料⑷、δn＞15mm的12CrMo、15CrMoR、15CrMo、其它任意厚度的Cr-Mo低合金钢；⑸、进行气压试验的容器；⑹、介质毒性为极度、高度危害的容器；⑺、图样规定100检测的容器；⑻、多层包扎容器内筒A类接头；⑼、热套容器单层圆筒A类接头。,18,3、局部检测的容器，每条焊缝检测长度不少于该条焊缝长度的20，且不少于250mm.其下列部位应全部检测（可计入比例）⑴、焊缝交叉部位；⑵、先拼焊后成形的凸形封头拼接接头；⑶、被补强圈、支柱、垫板、内件覆盖的接头；⑷、以开孔中心为圆心，1.5倍开口直径为半径的圆所包容的焊接接头；⑸、嵌入式接管与筒体或封头连接的焊接接头；⑹、公称直径不小于250mm接管与长颈法兰、接管与接管连接的焊接接头；,19,Ⅱ例题右图为一局部探伤的压力容器的一部分，筒体规格为Dn200020，人孔规格为Dn50020.（1）请注明图示各条焊缝的检测方法、检测比例，检测部位和合格级别。（2）若采用L1600mm单壁外透B1焊缝，试计算其一次透照长度和B1的实际检测比例。,20,解（1）焊缝A1RT≥20Ⅲ级合格任意部位焊缝F1RT100Ⅲ级合格全长焊缝B1RT≥20Ⅲ级合格丁字口（B1与F12处，B1与A11处）、以人孔中心为圆心，1.5位人孔直径为半径的圆所包含的部分。焊缝G1RT100Ⅲ级合格全长焊缝G2MT100Ⅰ级合格全长（2）B1焊缝上1.5倍人孔直径为半径的圆包含的焊缝长度为,21,4、可免除检测的焊接接头直径不超过800mm的容器圆筒与封头的最后一道环向封闭焊缝，采用不带垫板单面焊对接接头，如无法进行RT或UT检测，可不进行检测，但需采用气体保护焊封底。5、需进行表面检测的容器⑴、σb下限＞540MPa的材料和Cr-Mo钢容器焊接接头C、D类焊接接头；⑵、材料σb下限＞540MPa多层包扎容器层板C类焊接接头；⑶、堆焊层表面；⑷、复合钢板复合层焊接接头；,22,⑸、σb下限＞540MPa的材料和Cr-Mo钢RT和UT火焰切割坡口表面、缺陷修复或返修后的打磨表面、卡具和拉筋拆除后的焊痕表面；⑹、公称直径小于250mm的接管与长径法兰、接管与接管连接的焊接接头。6、检测标准与合格级别检测标准JB4730合格级别RT100Ⅱ级，20Ⅲ级。UT100Ⅰ级，20Ⅱ级。MT和PTⅠ级7、RT和UT检测扩探要求发现不允许缺陷，在缺陷两端延长部位增加检测长度，不少于该条焊缝长度10且不少于250mm。若仍有不允许缺陷，对该条焊缝100检测。,23,四、蒸汽锅炉安全技术监察规程,1、锅筒（锅壳）纵、环焊缝、封头（管板）、下脚圈拼接焊缝、集箱纵焊缝检测方法和比例（82条）⑴、P额定≤0.1MPa10RT；⑵、0.1＜P额定≤0.4MPa25RT；⑶、0.4＜P额定＜2.5MPa100RT；⑷、2.5≤P额定＜3.8MPa100UT25RT，或100RT；⑸、P额定＞3.8MPa100UT25RT。（局部探伤必须包含焊缝交叉部位）,24,2、炉胆纵、环焊缝、回燃室对接焊缝、炉胆顶拼接焊缝检测方法和比例（83条）⑴、P额定≤0.1MPa10RT；⑵、P额定＞0.1MPa25RT。（必须包含焊缝交叉部位）3、P额定≤1.6MPa的内燃锅壳锅炉，管板与炉胆、锅壳的角焊缝探伤方法和比例（84条）⑴、管板与锅壳的T形焊缝100UT；⑵、管板与炉胆、回燃室的T形焊缝50UT。,25,4、集箱、管子、管道和其他管件环焊缝，RT或UT探伤比例（85条）⑴、D0＞159mm，或t≥20mm时，100；⑵、D0≤159mm的集箱，每条环缝25，或每台锅炉集箱环缝条数的25；⑶、P工作≥9.8MPa的管子，D0≤159mm，制造厂内接头数100，安装工地25；⑷、3.8≤P工作＜9.8MPa的管子，D0≤159mm时，制造厂内接头数50，安装工地25；⑸、0.1≤P工作＜3.8MPa的管子，D0≤159mm时，制造厂和安装工地10。,26,5、集中下降管和其他接管角焊缝（86条）P额定≥3.8MPa的锅炉⑴、集中下降管角焊缝100RT或UT；⑵、锅筒和集箱上的其他接管角接头10探伤抽查。6、探伤标准和合格级别（87-89条）⑴、对接接头RTGB3323，P额定＞0.1MPa，Ⅱ级合格P额定≤0.1MPa，Ⅲ级合格⑵、对接接头UTt≤120mm，JB1152t＞120mm，GB11345⑶、管子和管道对接接头UTSD167，超出SD167范围，按企业标准。,27,⑷、集中下降管角焊缝UTJB3144⑸、卧式内燃锅壳锅炉T形焊缝UT国家质监局锅炉局1998年12月文件工业锅炉T型接头对接焊缝超声波探伤规定UT合格级别I级7、扩探规定（91条）RT或UT在探伤部位任一端发现缺陷有延伸时，在缺陷延长端做补充探伤，补充探伤有不合格缺陷时，做抽查数量双倍数目补充探伤检查如仍有不合格时，该条焊缝全部进行探伤。管子和管道探伤抽查时如发现有不合格缺陷，做抽查数量双倍数目的补充探伤检查，如仍有不合格，则该焊工焊接的全部对接接头做探伤检查。,28,五、热水锅炉安全技术监察规程,1、锅筒纵、环焊缝、封头（管板）拼接焊缝、集箱纵焊缝（61条）⑴、额定出水温度≥120oC,100RT；⑵、额定出水温度＜120oC,25RT。（必须包括焊缝交叉部位）2、炉胆纵、环焊缝、炉胆顶拼接焊缝（62条）25RT（必须包括焊缝交叉部位）3、集箱、管子、管道和其他管件环焊缝（63条）⑴、D0＞159mm额定出水温度≥120oC,全部100RT；,29,⑵、D0≤159mm额定出水温度≥120oC集箱25RT，其他2额定出水温度＜120oC集箱10RT，其他04、合格级别（64条）额定出水温度≥120oCⅡ级额定出水温度＜120oCI级5、扩探规定（65条）在探伤部位两端发现有不允许的缺陷量，在缺陷延伸方向做补充探伤检查，如仍有怀疑，该焊缝全部进行探伤；管道和管子如发现有不允许的缺陷，做双倍数目的补充探伤检查，如仍不合格，对该焊工焊接的所有对接接头做探伤检查。,30,第二部分锅炉压力容器基础知识,一、锅炉基础知识1、锅炉定义锅炉是利用燃料燃烧放出的热或利用工业余热来生产蒸汽或热水的热力设备。2、锅炉分类a、按用途分电站锅炉、工业锅炉、采暖锅炉、机车锅炉和船舶锅炉五种；b、按出口介质状态分蒸汽锅炉、热水锅炉、汽水两用锅炉；c、按燃料种类分燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、原子能锅炉。,31,d、按压力分类低压锅炉额定工作压力≤2.45MPa中压锅炉额定工作压力3.82MPa高压锅炉额定工作压力≥9.81MPa超高压锅炉额定工作压力≥13.73MPa亚临界锅炉额定工作压力15.7-17.66MPa超临界锅炉额定工作压力24.13-26.49MPae、按结构分类火管锅炉、水管锅炉、水火管锅炉。f、按燃烧方式分类层燃炉（手烧炉、链条断排炉、双层炉排炉、振动炉排炉、抛煤机炉）、沸腾炉和室燃炉。g、按循环方式分类自然循环炉、多次强制循环炉、直流锅炉。,32,3、锅炉的组成和工作过程锅炉由水汽系统、燃料灰渣系统和风烟系统组成。锅炉运行时同时进行三个过程燃料的燃烧过程、火焰和烟气向水和蒸汽的传热过程、水的加热、汽化、分离和蒸汽的过热即锅内过程。4、锅炉的水循环（1）锅炉水循环蒸汽锅炉运行时，锅水总是沿一定的路线不断地流动，该路线往往是一个回路，叫循环回路。水在循环回路中的流动叫锅炉水循环。,33,（2）、水循环的作用①、使锅水沿受热面连续不断地流动，及时吸收受热面传递的热量，同时冷却金属壁。②、减少和防止水中泥渣沉积使受热面结垢，影响锅水的吸热。（3）、水循环的分类①、自然循环炉膛内的水冷壁管受高温热辐射，部分水汽化，形成汽水混合物，比重小于炉膛外下降管中水的比重，形成流动压头ΔP，使下降管中的水向下流动，水冷壁管中的汽水混合物向上流动而形成循环。对流管束中也是如此。,34,为了保证锅炉良好的水循环，一方面要增加循环流动压头，另一方面要减小循环回路的阻力。②、强制循环利用水泵的推动作用强迫锅水流动。5、锅炉的结构（1）、对锅炉结构的要求总要求安全可靠，高效低耗。具体是,35,①、选材合理；②、结构有弹性，保证动行时自由伸缩；③、水循环合理可靠；④、安全附件齐全灵敏；⑤、有必要的门孔、平台扶梯；⑥、合理布置受热面；⑦、尽量降低钢汽比，缩小外形尺寸；⑧、采用正确的燃烧设备，适应正常供应煤种；⑨、合理选用辅机，降低电耗。（2）、锅炉主要受压元件①.锅筒（汽包）汇集、贮存、分离和补充给水。②.锅壳锅壳式锅炉中包围汽水、风烟、煤燃烧系统的外壳。,36,③.封头立式锅炉中又叫炉顶，卧式锅炉中叫管板。用于联接锅壳、炉胆和烟管。④.炉胆（火筒）立式锅炉和卧式内燃锅炉中燃料燃烧的地方。⑤.炉胆顶（炉胆封头）连接炉胆。⑥.联箱（集箱）汇集和分配汽水及排污。⑦.下降管把锅筒内的水引到下联箱。⑧.水管和烟管管内走汽水（水管）或烟气（烟管）。⑨.冲天管立式横水管锅炉上联接炉胆顶和封头，走烟气。⑩.过热器把饱和蒸汽加热为过热蒸汽。⑪.省煤器予热给水。,37,（3）、几种典型锅炉受压部件①、立式弯水管锅炉锅壳、封头、炉胆、炉胆顶、内外弯水管。②、卧式快装锅炉主要受压部件锅壳、前后管板、烟管、水冷壁管、下降管、联箱、③、水管锅炉主要受压部件锅筒、集箱、对流管、过热器、省煤器等。6、锅炉的特性参数（1）蒸汽锅炉,38,①、额定蒸发量锅炉每小时产生的蒸汽量（T/h）。②、额定蒸汽压力有过热器的锅炉指过热器出口处蒸汽压力；无过热器的指锅筒内的蒸汽压力。③、额定蒸汽温度有过热器的锅炉指过热器出口处蒸汽最高温度；无过热器的指锅筒内额定压力下的饱和蒸汽温度。（2）、热水锅炉①、额定热功率锅炉每小时送入系统的热量。,39,②、额定出水压力③、额定出口/进口水温7、锅炉的安全附件安全阀、压力表、水位计、水位报警器、（温度计）测温仪表、排污阀、安全联锁装置。8、锅炉定期检验外部检验（每年）内部检验（每二年）水压试验（每六年）,40,二、压力容器基础知识,1、压力容器定义凡承受流体介质压力的密闭设备称压力容器。2、压力容器的分类（1）、按压力等级分类①、低压容器0.1MPa≤Pw＜1.6MPa②、中压容器1.6MPa≤Pw＜10MPa③、高压容器10MPa≤Pw＜100MPa④、超高压容器Pw≥100MPa（2）、按工艺作用原理分类①、反应压力容器（R）完成介质物理、化学反应的容器。,41,②、换热压力容器（E）完成介质热量交换的容器。③、分离压力容器（S）完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分离的容器。④、储存压力容器（C）用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介质的容器。（3）、按管理分类①、第三类压力容器a.高压容器；b.中压容器（介质毒性极度和高度危害）；c.中压储存容器（易燃、毒性中度危害、PV≥10MPam3;,42,d.中压反应容器（易燃、毒性中度危害、PV≥0.5MPam3;e.低压容器（毒性极度和高度危害、PV≥0.2MPam3;f.高、中压管壳式余热锅炉；g.中压搪玻璃压力容器；h.σb下限≥540MPa材料容器；i.移动式压力容器；j.球形储罐（V≥50m3;k.低温液体储存容器。②、第二类压力容器a.中压容器；,43,b.低压容器（毒性极度和高度危害）；c.低压反应容器和低压换热容器（易燃、毒性中度危害）；d.低压管壳式余热锅炉；e.低压搪玻璃压力容器。③、第一类压力容器低压容器（4）、按制造方法分类焊接容器、锻造容器、铆接容器、铸造容器、组合式容器。（5）、按制造材料分类钢制容器、有色金属容器、非金属容器。,44,（6）、按壁温分类高温容器（t≥4500C）；常温容器（-200C＜t＜4500C）；低温容器（t≤-200C）。（7）、按形状分类球形容器、圆筒形容器、圆锥形容器、矩形容器、组合形容器。（8）、按壁厚分类薄壁容器、厚壁容器。（9）、按承压方式分类内压容器、外压容器。（10）、按使用方式分类固定式容器、移动式容器。,45,3、压力容器的结构（1）、容器结构的基本要求①、足够的强度；②、足够的刚度；③、一定的耐久性；④、可靠的密封性；⑤、制造、运输和操作的便利性。（2）、压力容器的基本组成①、筒体构成主要的压力空间。②、封头与筒体相连，一起构成压力空间。,46,③、法兰连接外部管道。④、密封元件保证介质不泄漏。⑤、开孔接管满足工艺和检修要求。⑥支座支承容器。,47,4、压力容器主要受压元件筒体、封头（端盖）、人孔盖、人孔法兰、人孔接管、膨胀节、开孔补强圈、设备法兰；球罐球壳板；换热器管板和换热管；M36以上的设备主螺栓；公称直径≥250mm的接管和管法兰。5、压力容器的安全附件安全阀、爆破片、压力表、液面计、测温仪表、紧急切断装置、快开门容器的安全联锁装置。6、压力容器定期检验1.外部检查（每年）2.内外部检验（安全状况等级1、2级每六年，安全状况等级3级每三年）3.耐压试验（每六年）,48,第三部分金属材料和热处理,一、金属材料的力学性能1、力学性能金属材料的力学性能是指金属材料在一定的温度条件和受外力（载荷）作用下抵抗变形和破坏的能力，也称机械性能。2、金属材料常规力学性能指标强度（σb、σs）、塑性（δ、ψ）、硬度（HB、HRc、韧性（ak、Ak）、弯曲性能（α）等。3、金属材料拉伸试验,49,（1）、试验目的测定材料的强度和塑性指标。（2）、试验标准GB228-87金属拉伸试验法（3）、拉伸试样按GB2975-95钢产品力学性能试验取样位置及试样制备①、试样分类和应用a.试样形状和参数,50,b.试样分类a.比例试样b.非比例试样L0、L根据制品尺寸和材质给以规定。（3）、取样a.纵向试样-试样中心线油沿轧制或锻造流线方向；b.横向试样-试样中心线直于轧制或锻造流线方向。,51,（4）、拉伸曲线（应力-应变曲线）拉伸过程分四个阶段①、弹性变形阶段截荷低于Pe时，呈直线，试样变形是弹性的，卸截后试样恢复到原始长度L0。②、屈服阶段截荷超过Pe后，卸除截荷，试样留有不可恢复的残余变形。若截荷继续增大到Ps，此时曲线呈水平段，说明材料失去抗力。此时截荷变化很小，试样长度急剧增加。我们说这时材料屈服了。卸截后，少量的变形被保留下来，称塑性变形。,52,③、强化阶段截荷继续增加，曲线上升，说明材料恢复了抗力，称材料强化。直到b点，截荷达到最大值。试样变形主要是塑性变形。④、局部变形阶段当截荷达到最大值后，试样出现缩颈，局部变细，截面急剧减小，最后在低于Pb的截荷下被拉断。（5）、强度材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。①、抗拉强度（强度极限）σb材料抵抗拉力破坏的最大能力。Pb-试样承受的最大截荷F0-试样横截面积,53,②、屈服强度（屈服级限）σs材料承受截荷不再增加而仍继续发生塑性变形的应力，也叫屈服点。Ps-材料屈服时的截荷F0-试样横截面积（2）、塑性材料在外力作用下产生最大塑性变形而不破坏的能力。①、延伸率（δ）试样拉断后，标距增长量L-L0与原始标距长度L0之比的百分率。,54,②、断面收缩率（ψ）试样断口面积缩减量F0-F1，与原始截面积F0之比的百分率。（锻件用）4、硬度试验1.硬度材料抵抗硬物压入其表面的能力。表示金属材料的坚强程度。2.布氏硬度（HB）将直径为D的淬火钢球施加压力P压入被测金属表面，截荷P与压痕表面积之比称为布氏硬度。,55,布氏硬度与抗拉强度之间有一定比例关系由于要求钢球硬度大于被测材料的1.7倍，故布氏硬度法只能测定硬度小于450HB的材料。试验标准GB231-84金属布氏硬度试验方法,56,（2）洛氏硬度（HR）用一定的截荷将1200金刚石圆锥压头压入金属表面，以压痕深度表示材料的硬度。压痕越深，硬度越低。洛氏硬度可测定从极软到极硬的金属或合金的硬度。由于压痕小，不损伤零件表面，可测量半成品或成品件的硬度。但材料组织不均匀时，测量值不十分准确。试验标准GB230-83金属洛氏硬度试验方法,57,5、冲击试验（1）、目的测定材料的韧性。（2）、韧性指金属材料在冲击截荷作用下抵抗破坏的能力。（3）、试验标准GB229金属夏比（U）型缺口冲击试验法GB2106金属夏比（V）型缺口冲击试验法（4）、试样类型,58,（5）、摆锤试验机原理,59,6、弯曲试验（1）、目的检查金属材料承受规定弯曲程度的弯曲变形能，并显示缺陷。（2）、试验标准GB232金属材料弯曲试验方法（3）、试样尺寸,60,厚度＞30mm的板材及厚度＞35mm的型材，采用厚度为20mm、宽度不小于30mm的板材试样；直径＞35mm的条材，加工成直径25mm的圆形试样，加工时，外弯曲面应保留原扎制面。（4）、试验方法在拉力试验机上进行。弯轴直径、支座间距、弯曲角度按相关标准规定。,61,二、金属材料化学分析,1、化学分析的目的复验或验证材料元素含量是否符合材料技术标准要求。2、化学分析的分类（1）、熔炼分析在钢液浇注过程中采取样锭，然后进一步制成试样对其进行化学分析。分析结果表示同一炉或同一罐钢液的平均化学成份。（2）、成品分析是指在经过加工的成品钢材（包括钢坯）上采取试样，然后对其进行化学分析。成品分析主要用于验证化学成份，又称验让分析。,62,3、化学分析方法（1）、取样采用“钻屑法”。按GB/T222钢的化学分析用试样取样法及成品化学成分允许偏差标准进行。如碳素钢C、Mn、Si、S、P共取20g左右。合金钢视其元素略高一些。（2）、分析方法GB/T223钢铁及其合金化学分析方法规定了各种化学元素的试验分析方法。如GB/T223.69管式炉内燃烧后气体容量法测定碳含量,63,GB/T223.68管式炉内燃烧后碘酸钾滴定法测定硫含量GB/T223.67还原蒸馏一次甲基蓝光法测定硫含量GB/T223.59锑磷钼蓝光度法测定磷含量GB/T223.60高氯酸脱水重量法测定硅含量GB/T223.58亚砷酸钠-亚硝酸钠滴定法测定锰含量4、光谱分析（光谱仪）定性和半定量分析。在被检工件和电极之间产生电弧工火花来确定工件材料中所含元素种类及大概含量。,64,三、金属的结构及铁碳合金,1、铁碳合金的基本组织⑴、钢和铁①、含碳量小于2.06的铁碳合金叫钢。②、含碳量大于2.06的铁碳合金叫铁（铸铁或生铁）。⑵、钢材的性能不仅取决于钢材的化学成份，而且与钢材组织有关。⑶、纯铁的晶体结构①.15380C～13940Cα-Fe体心立方晶体②.13940C～9120Cγ-Fe面心立方晶体③.9120C以下α-Fe体心立方晶体,65,⑶、铁碳合金的基本组织①、铁素体（F）铁素体是碳溶解于α-Fe中的固溶体。铁素体含碳量低（室温下溶解度为0.006），塑性、韧性好，强度、硬度低。②、渗碳体（Fe3C铁和碳的化合物。其性能是熔点高，硬而脆。钢中含碳量增加，渗碳体增加，硬度强度提高，塑性韧性下降。③、珠光体（P）铁素体和渗碳体体的机械混合物。强度较高，硬度适中，有一定的塑性。④、奥氏体（A）奥氏体是碳在γ-Fe中形成的间隙固溶体。碳钢加热到7230C以上组织发生转变时才有奥氏体组织产生。强度硬度较铁素体高，塑性良好。,66,2、铁碳合金状态图,67,⑴、铁碳合金状态图表示在平衡状态下不同含碳量的铁碳合金在不同温度下所处的状态、晶体结构和显微组织特征的图。⑵、图中的主要特征线①、ACD线液相线。此线以上全部为液体。钢加热到此线全部转化为液体，冷却到此线开始结晶。②、AECF线固相线。钢冷却到到此线以下全部结晶为固体，加热到此线开始出现液体。⑶、两点（E、S）、三线（GS、ES、PSK）①.PSK线（A1线）表示钢在缓慢冷却时，奥氏体开始转变为珠光体或钢在缓慢加热时珠光体转变为奥氏体的温度线（7230C）。,68,②.GS线（A3线）表示钢在缓慢冷却时，奥氏体开始析出铁素体的温度线或钢在缓慢加热时铁素体转变为奥氏体的终止温度线。③.ES线（Acm线）表示钢在缓慢冷却时由奥氏体开始析出渗碳体的温度线，即含碳量大于0.8的钢冷却时析出二次渗碳体的起始线。④.S点（共析点）对应于含碳量0.8的钢。在S点以上为单一的奥氏体，低于S点为珠光体。⑤.E点钢和铸铁的分界点（含碳量2.06。,69,⑷、共析①.共析反应钢冷却到7230C时，从奥氏体中同时析出铁素体和渗碳体，此反应称共析反应，产物为珠光体。②.共析钢含碳量等于0.8的钢称为共析钢。共析钢在7230C以上为单一的奥氏体；7230C以下为单一的珠光体。③.亚共析钢含碳量小于0.8的钢称为亚共析钢。共析钢在7230C以上为铁素体奥氏体；7230C以下为铁素体珠光体。④.过共析钢含碳量大于0.8的钢称为过共析钢。共析钢在7230C以上为奥氏体二次渗碳体；7230C以下为珠光体二次渗碳体。,70,四、钢的热处理1、基本概念（1）、定义钢的热处理是指对钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的内部组织结构从而改变钢的性能的一种工艺方法。（2）、主要的热处理方法a.普通热处理淬火、正火、回火、退火、调质。b.表面热处理表面淬火、化学热处理。（3）、热处理工艺三大工艺参数加热、保温和冷却。,71,（4）、钢的加热和冷却状态图,72,2、钢在加热和冷却时的组织转变⑴、钢在加热时的转变过程（以共析钢为例）①.奥氏体晶核产生（铁素体与渗碳体交界处）；②.奥氏体晶粒长大（碳的扩散）；③.殘余渗碳体溶解；④.奥氏体成份均匀化。,73,⑵、钢在冷却时的转变①.高温转变区723-5500C之间，依转变温度高，转变产物低依次为粗珠光体、索氏体（细珠光体，6500C）和屈氏体（极细珠光体，5400C）；②.中温转变区5500C-Ms（2400C）之间，转变产物为上贝氏体（500-3500C，塑性差）、下贝氏体（350-3200C，硬度高、韧性较好）；③.低温转变区Ms（2400C）-Mf之间，转变产物为马氏体（脆性大、韧性低、延伸率低）。,74,3、钢的热处理工艺⑴、退火将钢加热到AC1或AC3以上某一温度，保温一定时间，然后随炉冷却，从而得到近似平衡组织的热处理方法。目的降低钢的硬度，细化晶粒，提高强度、塑性和韧性，消除内应力等。①.完全退火（重结晶退火）加热到AC3上20-400C。细化晶粒、均匀组织、降低硬度。②.消除应力退火（低温退火）加热到A1以下，一般为500-6000C，保温缓冷到3000C空冷。消除焊接件、热轧件、冷挤压件等内应力。钢无组织变化，殘余应力通过塑性变形或蠕变变形产生松弛而消除的。,75,⑵、正火将钢加热到Ac3或Accm以上40-600C，保温后从炉中取出空冷的热处理方法。目的对低碳钢细化晶粒，均匀组织，改善性能。对中碳钢提高强度、硬度。对高碳钢消除网状渗碳体。⑶、淬火将钢加热到临界点以上（Ac3或Ac130-500C），经过保温使钢的组织全部转变为奥氏体，然后快速冷却（淬水或油）得到马氏体组织的热处理方法。目的提高强度和硬度，增加耐磨性或为其后的回火作准备。,76,⑷、回火将淬火后的钢材加热到A1（7230C）以下某一温度，保温一段时间，然后在空气中或油中冷却的热处理方法。目的降低钢的脆性，消除内应力，稳定工件尺寸和获得所要求的机械性能。①.低温回火150-2500C，得到回火马氏体组织。降低淬火钢的内应力和脆性，保持高硬度和耐磨性。②.中温回火350-4500C，得到回火屈氏体组织。具有高弹性极限和屈服极限，有较好的韧性。③.高温回火（调质）500-6500C，得到回火索氏体组织。使钢具有一定的强度、硬度又有较好的塑性和韧性。④.回火脆性有些结构钢在250-4000C回火后冲击韧性反而降低，称第一回火脆性；有些合金钢在450-5750C回火后冲击韧性反而降低，称第二次回火脆性。,77,五、钢的分类及应用1、钢的分类和命名方法⑴、钢的分类,78,按品质分类①普通钢（P≤0.045，≤0.055②优质钢（P、S≤0.040③高级优质钢AP≤0.045、S≤0.030按用途分类①低碳钢、低合金高强度钢②耐热钢③低温钢④不锈钢,79,⑵、钢牌号表示方法①碳素结构钢Q（屈服强度）屈服强度值质量等级（A、B、C、D）脱氧方法（F、b、Z、TZ）如Q235-AFQ235-B②优质碳素结构钢碳含量脱氧方法用途代号如20、20R、20g“20”碳含量0.20;“R”压力容器用钢；“g”锅炉用钢。③低合金钢碳含量合金元素符号用途代号,80,如16Mn、15MnV、16MnR、15Mng、16MnDR、16MnHP、15CrMoR、16MnHC、09Mn2NiR等。“16”碳含量0.16；“DR”低温容器用钢；“HC”高压多层压力容器用钢；“HP”焊接钢瓶用钢。④高合金钢碳含量合金元素符号合金元素含量如1Cr13、1Cr18Ni9Ti、0Cr19Ni11、00Cr17Ni12Mo2等。含碳量“0”“低碳”，C＜1‰;“00”“超低碳”，C＜0.03;,81,“1”平均碳含量1‰。元素含量“13”元素平均含量12.5-13.49；不标元素平均含量＜1.5。2、锅炉压力容器常用钢材⑴、锅炉压力容器用钢的要求①具有良好的加工艺性能和焊接性能；②满足使用条件下的力学性能要求。⑵、碳素钢的合金元素及对性能的影响①碳（C）碳是碳钢的基本元素，起强化作用。碳含量增加，强度和硬度提高，但塑性、韧性降低，可焊性变坏。,82,②锰（Mn）锰是有益元素，有一定脱氧能力，能清除钢中的FeO，能与硫化合生成MnS减轻硫的有害作用。含量适当，能提高钢的强度的硬度，增加耐磨性，提高焊缝的抗热裂性。（0.35-0.65③硅（Si硅是脱氧剂，消除FeO对钢的不良影响，提高钢的强度，使焊缝致密均匀，但含量过大易使焊缝形成夹渣，降低抗弯角度和冲击韧性。（0.15-0.30④硫（S）有害元素。能在晶界处形成低熔共晶，使钢材产生热脆性，热加工时产生热裂纹。（＜0.045）。⑤磷（P）有害元素。能与碳化合析出脆性化合物Fe3P,使钢材产生冷脆性，使钢材塑性韧性降低，可焊性变坏。（＜0.045）。,83,⑶、低合金高强度钢合金元素及对性能的影响①锰（Mn提高钢的强度。过高便钢的塑性、韧性下降，焊接性变坏，耐蚀性降低。（1.10-1.65②硅（Si提高钢的抗腐蚀和抗氧化能力，冷加工硬化程度作用极强。会使焊接性变差。作为合金元素一般≮0.4.③铬（Cr提高钢的淬透性和强度，具有良好的抗氧化性和耐腐蚀能力。但超过10会使塑性和可焊性明显降低。④钼（Mo提高钢的淬透性和热强性，消除或降低钢的热脆性和回火脆性，改善钢在高温高压下的抗氢腐蚀能力。,84,⑤钒（V有较好的细化晶粒的作用，使钢的强度和韧性同时得到改善，提高钢的耐磨性及回火稳定性，改善钢的焊接性。⑷、不锈钢①不锈钢分类按抗腐蚀性能分类不锈钢在空气中能抗腐蚀的钢。耐酸钢在化学浸蚀中能抵抗腐蚀的钢。按化学成份分类铬不锈钢马氏体不锈钢铁素体不锈钢铬镍奥氏体不锈钢铬锰氮不锈钢,85,②不锈钢的晶间腐蚀沿金属晶界发生的腐蚀称之为晶间腐蚀。其特点是金属外形尺寸几乎不变，大多仍保留原有金属光泽，但金属强度和延伸性下降，冷变后表面出现鱼鳞状裂纹，敲击时失去金属声。断面金相检查可发现晶界或相邻区域发生局部腐蚀，腐蚀的晶界发展堆进较为均匀。晶间腐蚀倾向试验方法GB1223规定五种方法草酸法（C法）、硫酸、硫酸铜和铜屑法（T）法、硫酸铜法（L法）、氟