(一)承壓類(lèi)特種設(shè)備用鋼
鋼材是制造承壓類(lèi)特種設(shè)備的主要材料。鋼材的質(zhì)量及性能的好壞對(duì)于承壓類(lèi)特種設(shè)備安全運(yùn)行,有著重要的影響和作用。
1.按鋼中所含化學(xué)成分分
按鋼中所含化學(xué)成分可以將鋼分成碳素鋼和合金鋼兩大類(lèi):
2.按金相組織分
鋼材經(jīng)正火處理后所得金相組織不同,可分為珠光體鋼、貝氏體鋼、奧氏體鋼、鐵索體鋼。
鋼在加熱或冷卻中沒(méi)有相變,始終保持鐵素體組織,此種鋼稱(chēng)為鐵素體鋼。高鉻鋼即屬于鐵素體鋼,具有較高的抗氧化能力。碳在α-Fe中的固溶體稱(chēng)為鐵素體,用符號(hào)F表示。
(二)金屬的機(jī)械性能
所謂金屬的機(jī)械性能是指在一定的溫度條件和外力作用下,抵抗變形和斷裂的能力,如強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性等,也稱(chēng)力學(xué)性能。
以低碳鋼為例,金屬材料受拉伸外力作用引起的變形過(guò)程可分3個(gè)階段,即彈性變形、塑性變形、斷裂變形3個(gè)階段。由拉伸試驗(yàn)可獲得強(qiáng)度和塑性指標(biāo)。
1.強(qiáng)度
金屬?gòu)?qiáng)度是指在外力作用下,抵抗變形和破壞的能力。應(yīng)用最普遍的是強(qiáng)度指標(biāo)。強(qiáng)度指標(biāo)主要是屈服極限(σs或σ0.2)和抗拉強(qiáng)度極限(σb)。
2.塑性
金屬的塑性是指在外力作用下,能引起永久變形而不發(fā)生破裂,并在外力取消后,仍能保持變形后形狀的能力。材料的塑性值也可通過(guò)拉伸試驗(yàn)測(cè)得,通常用伸長(zhǎng)率δ(延伸率)和斷面收縮率ψ來(lái)表示。
3.沖擊韌性
金屬的沖擊韌性即為在沖擊力作用下,抑制變形和斷裂的能力。它還是金屬材料在塑性變形范圍內(nèi)吸收能量的能力,因此,也可按沖擊值的大小來(lái)衡量材料的塑性。目前國(guó)內(nèi)外廣泛采用一次擺錘彎曲試驗(yàn),缺口型式有夏比(U)和夏比(V)兩種。表示沖擊韌性的參數(shù)也有兩種,一種是以沖斷試樣消耗的沖擊功Ak(單位:J)表示;另一種是以單位缺口處斷面所耗的沖擊功ak(單位:J/cm2)表示。目前壓力容器鋼板全部改為用夏比(V)沖擊功(即AkV)作為沖擊韌性驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。只有少數(shù)壓力容器鍛件還用夏比(U)沖擊值(即akU)作為沖擊驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。
鋼中氣體含量較高或晶粒粗大,則韌性差。根據(jù)沖擊后斷裂的形式,可以判斷材料的質(zhì)量及晶粒大小。沖擊韌性試驗(yàn)還能測(cè)定金屬材料由韌性狀態(tài)向脆性狀態(tài)過(guò)渡的轉(zhuǎn)變溫度。
4.硬度
硬度是指金屬材料抵抗更硬異物壓入的能力。硬度表明材料的耐磨性和切削加工的可能性。一般說(shuō)來(lái),硬度較高,材料的耐磨性較好。常用的硬度有布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HR)、維氏硬度(HV)3種。
5.冷彎
冷彎性能是材料抵抗彎曲斷裂能力的標(biāo)志,它間接反映了材料的塑性。這個(gè)試驗(yàn)既可檢查鋼的塑性好壞,也可以考核其加工工藝性能,也能暴露鋼板受試面缺陷以及焊接接頭的焊接缺陷。
6.?dāng)嗔秧g性
斷裂韌性是反映材料對(duì)裂紋擴(kuò)展的抵制能力。對(duì)于中低強(qiáng)度鋼的斷裂韌性,目前較普遍采用臨界裂紋張開(kāi)位移(COD)值δc表示;對(duì)于高強(qiáng)鋼的脆斷問(wèn)題,則應(yīng)用材料的平面應(yīng)變斷裂韌性值Kic表示。
7.金屬材料高溫機(jī)械性能
煉油化工設(shè)備相當(dāng)數(shù)量是在中等溫度(<350℃)和高溫下使用。中、高溫壓力容器通常以350℃分界;而金屬材料機(jī)械性能概念中,通常高于室溫均作高溫對(duì)待。
(三)焊接
焊接是通過(guò)加熱或加壓或同時(shí)加熱加壓,使焊件連接部位形成原子結(jié)合的一種工藝加工方法。
承壓類(lèi)特種設(shè)備受壓元件焊接中焊接方法有兩大類(lèi):一類(lèi)是熔焊,就是將焊件接頭加熱到熔化狀態(tài)(不加壓)完成焊接的方法;另一類(lèi)是壓焊,就是將焊件接頭施加壓力(加熱或不加熱)完成焊接的方法。每一類(lèi)中都包括許多具體的焊接方法。
承壓類(lèi)特種設(shè)備受壓元件中常用的焊接方法大多屬熔焊,例如手工電弧焊,自動(dòng)埋弧焊;手工鎢極氬弧焊,自動(dòng)氣體保護(hù)焊,電渣焊等。屬于壓焊的摩擦焊在電站鍋爐制造的管子焊接中用得也較多。
1.手工電弧焊
1)特點(diǎn)
手工電弧焊是通過(guò)手工操縱焊條與焊件產(chǎn)生電弧,利用電弧熱使焊件局部和焊條熔化形成熔池完成焊接的方法。
手工電弧焊的特點(diǎn)是,對(duì)材料和焊接位置適應(yīng)性強(qiáng),適于焊接碳鋼、低合金鋼、耐熱鋼、不銹耐蝕鋼等,適于鍋爐制造、安裝、修理中各種位置的焊接,設(shè)備簡(jiǎn)單,便于使用和維護(hù);焊鉗小,操作靈便;焊接質(zhì)量受焊工操作技術(shù)水平的影響很大,對(duì)焊工操作技能要求較高,生產(chǎn)率較低,焊工的勞動(dòng)強(qiáng)度較大;有些情況下焊接工作條件較差。