第一部分金屬材料及熱處理基本知識
一， 材料效能：通常所指的金屬材料效能包括兩個方面：
使用效能即為了保證機械零件、裝置、結構件等能夠正常工作，材料所應具備的效能，主要有力學效能（強度、硬度、剛度、塑性、韌性等），物理效能（密度、熔點、導熱性、熱膨脹性等）。化學效能（耐腐蝕性）
使用效能決定了材料的應用範圍，使用安全可靠性和壽命。
工藝效能即材料被製造成為零件、裝置、結構件的過程中適應的各種冷、熱加工的效能，如鑄造、焊接、熱處理、壓力加工、切削加工等方面的效能。工藝效能對製造成本、生產效率、產品質量有重要影響。
二，材料力學基本知識
承壓類特種裝置材料的力學效能指標主要有強度、硬度、塑性、韌性等。可以通過力學效能試驗測定。
1，強度金屬的強度是指金屬抵抗永久變形和斷裂的能力。材料強度指標可以通過拉伸試驗測出。抗拉強度σb和屈服強度σs是評價材料強度效能的兩個主要指標。
一般金屬材料構件都是在彈性狀態下工作的。是不允許發生塑性變形，所以機械設計中一般採用屈服強度σs作為強度指標，並加安全係數。
2，塑性材料在載荷作用下斷裂前發生不可逆永久變形的能力。評定材料塑性的指標通常用伸長率和斷面收縮率。對必須承受強烈變形的材料，塑性優良的材料冷壓成型的效能好。
3，硬度金屬的硬度是材料抵抗區域性塑性變形或表面損傷的能力。硬度與強度有一定的關係，一般情況下，硬度較高的材料其強度也較高，所以可以通過測試硬度來估算材料強度。另外，硬度較高的材料耐磨性也較好。
工程中常用的硬度測試方法有以下四種
1、布氏硬度hb （2）洛氏硬度hrc（3）維氏硬度hv（4） 裡氏硬度hl
4，衝擊韌性指材料在外加衝擊載荷作用下斷裂時消耗的能量大小的特性。材料的衝擊韌性通常是在擺錘式衝擊試驗機是測定的，擺錘沖斷試樣所作的功稱為衝擊吸收功。以ak表示，sn為斷口處的截面積，則衝擊韌性ak=ak/sn。
在承壓類特種裝置材料的衝擊試驗中應用較多。
5、彎曲試驗是焊接接頭力學效能試驗的主要專案。
6、應力腐蝕脆性斷裂；由於拉應力與介質腐蝕聯合作用引起的低應力脆性斷裂叫做應力腐蝕。應力腐蝕產生的必要條件：①.
元件承受拉應力的作用 ②.具有與材料種類相匹配的特定腐蝕介質環境
③.材料對應力腐蝕的敏感程度。對鋼材而言應力腐蝕的敏感性與的成分、組織及熱處理情況有關。
7、承壓類特種裝置的工作壓力：對對圓筒形容器來講，環焊縫受力只是縱焊縫的一半，而對球形容器來講由於不存在切向應力，只有經向應力。故在相同壓力和直徑下，球形容器的壁厚比圓筒形容器的壁厚大約可以減少一半。
三金屬學與熱處理的基本知識
1，所有固態金屬都是晶體。
晶體內部原子的排列方式稱為晶體結構。常見的晶體結構有：
（1）體心立方晶格，如金屬α-鐵、δ—鐵、β--ti、cr、v等。
（2）麵心立方晶格，如金屬α-鐵、ai、cu、ni等。
（3）密排六方晶格，如金屬mg、zn、γ--ti 等。
2，鐵碳合金的基本組織
通常把鋼和鑄鐵統稱為鐵碳合金，因為鋼和鑄鐵的成分雖然複雜，但是基本上是鐵和碳兩種元素組成的。一般把含碳0.02%--2%的稱為鋼，含碳量大於2%的稱為鑄鐵。
碳含量對鋼鐵的性質有決定性的影響。碳含量低，其性質是「強而韌」， 碳含量高，其性質是「弱而脆」，
鐵碳合金fe—fec的金相結構有以下幾種：（1）鐵素體，鐵素體是碳溶於α-fe中所形成的間隙固溶體，體心立方晶格。碳在α-fe中的溶解度很小，727℃時0.
0218%；室溫時為0.0008%,幾乎為零。其強度和硬度很低，塑性、韌性好。
（2）奧氏體，奧氏體是碳溶於γ-fe中所形成的間隙固溶體，麵心立方晶格。碳在γ-fe中的溶碳量較高，1148℃時2.11%；1148℃時為0.
77%。其強度和硬度比鐵素體高，塑性、韌性也好。其晶粒呈多邊形，晶界較鐵素體平直。
（3）滲碳體：滲碳體是鐵與碳形成的金屬化合物，碳含量是6.69％，具有複雜的晶體結構。其硬度很高，塑性和韌性很差，δ、ak接近於零，脆性很大
承壓類特種裝置常用的碳素鋼含碳量一般低於0.25%。
1， 熱處理的一般過程
熱處理是將固態金屬及合金按預定要求進行加熱，保溫和冷卻，其目的是以改變其內部組織，從而獲得所要求效能的一種工藝過程。在實際生產中，熱處理的基本工藝過程是由加熱，保溫和冷卻三個階段構成的，溫度和時間是影響熱處理的主要因素，任何熱處理過程都可以用溫度-----時間曲線來說明。
2， 承壓類特種裝置常用熱處理工藝
根據鋼在加熱和冷卻時的組織和效能變化規律，熱處理工藝分為退火、正火、淬火、回火、化學熱處理等。
1、退火：（爐冷）將鋼件加熱到適當溫度，保溫一定時間後緩慢冷卻，以獲得接近平衡狀態組織的熱處理工藝。目的：均勻組織、降低硬度、消除內應力、改善切削加工效能。
根據鋼的成分和目的的不同，退火又分為完全退火、不完全退火、消除應力退火等，承壓類特種裝置的消除應力退火處理主要指焊後熱處理（pwht），也有在焊接過程中間和冷變形加工後進行消除應力處理的，消除應力退火，目的主要是消除焊接過程中產生的內應力、擴散焊縫的氫，提高焊縫抗裂性和韌性，也能改善焊縫和熱影響區的組織，穩定結構形狀。
2、正火：（空冷）將鋼件加熱到ac3或acm以上30—50℃，保溫一定時間後在空氣中冷卻的熱處理工藝。正火的目的和退火基本相同，主要目的是細化晶粒，均勻組織，降低內應力，正火和退火的不同之處在於前者的冷卻速度較快，過冷度較大，鋼正火後的強度、硬度、韌性都比退火高。
3、淬火：將鋼件加熱到臨界溫度以上，經過適當保溫後快冷，使奧氏體轉變為馬氏體的過程。材料通過淬火獲得馬氏體組織，可以提高其強度、硬度，這對於軸承、模具等工件是有用的，但是馬氏體硬而脆，韌性差，內應力很大，容易產生裂紋，所以承壓類特種裝置材料和焊縫的組織一般不希望出現馬氏體。
4、回火：將經過淬火的鋼件加熱到ac1以下的適當溫度，保溫一定時間後，然後用符合要求的方法冷卻（通常是空冷），以獲得所需組織和效能的熱處理工藝。回火的目的是降低材料的內應力，提高韌性。
通過調整回火溫度，可獲得不同的強度、硬度、韌性，以滿足所要求的力學效能。按回火溫度的不同可將回火分為低溫、中溫、高溫回火三種。
四，承壓類特種裝置常用材料
1.為保證安全性和經濟性，所用材料應有足夠的強度，即較高的屈服極限和強度極限。
2.為保證在承受外加載荷時不發生脆性破壞，所用材料應有良好的韌性。
3.所用材料應有良好的加工工藝效能，包括冷熱加工效能和焊接效能。
4.所用材料應有良好的低倍組織和表面質量。
5.用以製造高溫受壓元件的材料應具有良好的耐高溫性
6.與腐蝕介質接觸的材料應具有良好的抗腐蝕效能。
1， 鋼的分類和命名方法鋼可分為非合金鋼，低合金鋼，合金鋼三大類。
a， 碳鋼的分類和命名：
按含碳量分為： （1）低碳鋼，c≤0.25%
（2）中碳鋼，c=0.25%--0.6%
3）高碳鋼，c＞0.6%
按質量分為： （1）普通碳素鋼，s≤0.050%，p≤0.045%
2）優質碳素鋼，s≤0.040%，p≤0.040%
（3）高階優質碳素鋼，s≤0.030%，p≤0.035%
b，合金鋼的分類和命名：
為了改善鋼的效能，在鋼中特意加入了除鐵和碳以外的其它元素。這類鋼稱為合金鋼。
按合金元素的加入量分為： （1）低合金鋼，合金總量≤5%；
（2）中合金鋼，合金總量5%--10%；
（3）高合金鋼，合金總量＞10%；
常存雜質元素對碳鋼效能的影響
1）錳mn： 可脫氧去硫；作用:增加強度、細化組織、提高韌性的作用；減輕硫的危害；是有益元素，一般wmn＝0.25%～0.80%。生成硫化錳。
2）矽si：脫氧劑；作用：提高強度、硬度、彈性的作用，但會使鋼的塑性、韌性降低；是鋼中有益元素，一般wsi＜0.4%。
3）硫s： 與鐵形成化合物fes，使鋼變脆（熱脆）；是鋼中有害元素，應嚴格控制硫含量。壓力容器專有鋼材的含硫量不大於0.02%
4）磷p：使鋼的強度、硬度增加，但塑性和韌性顯著降低；使鋼低溫時脆性嚴重（冷脆）；是有害元素，應嚴格控制磷含量。壓力容器專有鋼材的含磷量不大於0.03%
第二部分焊接基本知識
一，承壓類特種裝置常用的焊接方法
1、手工電弧焊
（1）特點：利用焊條與焊件之間的電弧熱，將焊條及部分焊件熔化而形成焊縫的焊接方法。優點：
手工電弧焊裝置簡單，便於操作，適用與於室內外各種位置的焊接，可以焊接碳鋼、低合金鋼、耐熱鋼、不鏽鋼等各種材料，在承壓類特種裝置製造中廣泛應用。其缺點是生產效率低，勞動強度大，對焊工的技術水平及操作要求較高。
藥皮，其作用是：穩弧作用、保護作用、冶金作用、摻合金作用、改善焊接工藝效能。
①、鹼性焊條（熔渣鹼度》1.5）：含有caco3 、caf2、casio3、mgco3等鹼性氧化物。
渣流動性好，抗裂效能好，衝擊韌性較高。廣泛用於鍋爐壓力容器製造。對鏽、油水敏感，易產生焊接缺陷。
一般只用直流焊接。
②、酸性焊條 （熔渣鹼度<1.5）：tio2、mno2、feo、sio2等酸性氧化物及少量有機物。
工藝效能好，成型美觀，對鏽、油水敏感度小，抗排氣能力強焊縫抗裂性差，焊縫力學效能較低，一般用於結構焊接。
（5）手工電弧焊的焊接位置：對接焊縫和角焊縫有平焊、立焊、橫焊、仰焊是四種基本位置。還有平角焊、立角焊、仰角焊
管子環焊縫也有四種基本位置：水平轉動、垂直固定、水平固定、45全位置。
手工電弧焊的焊接規範：焊接電流、電弧電壓、焊條直徑、焊接速度、焊接層數。
2、埋弧自動焊
（1）特點：焊接過程中，主要的焊接操作如引燃及熄滅電弧、送進焊條、移動焊條或工件等都由機械自動完成叫自動電弧焊。在自動電弧焊中，電弧被埋在焊劑層下面燃燒並實現焊接的叫埋弧自動焊。
（2）優點：
a，採用大的焊接電流，電弧熱量集中，熔深大，焊絲可連續送進而不需要頻凡更換，因此生產效率高。
b，焊接規範引數穩定，焊縫成分均勻，外觀光滑美觀，焊接***。
c，操作時看不到弧光，又是機械自動，所以勞動條件好。
（3）侷限性：裝置比較複雜昂貴：由於電弧不可見，所以對接頭加工和裝配要求嚴格 ：焊接位置受到一定限制，一般總是在平焊位置。
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摘要 選自特種裝置無損檢測教材 射線檢測 配套 題庫 2008版 主編 強天鵬。編寫人員 強天鵬 一 是非題 1.1 所有金屬物質都具有一定的光澤和優良的延展性 傳熱性及導電等特性。1.2 金屬材料的效能包括使用效能和工藝效能。1.3 金屬材料的工藝效能是指 為保證構件能正常工作所用的金屬材料應具備...