電站鍋爐材料和焊接知識

1、2電站鍋爐材料和焊接知識金屬材料一、金屬學(xué)與熱處理根本知識 金屬學(xué)根本概念 金屬學(xué)就是研究金屬和合金的性能與它們內(nèi)部構(gòu)造之間的關(guān)系，以與影響金屬與合金組織和性能的因素的一門科學(xué)。 鐵的幾種根本固態(tài)相 鐵、鐵、鐵、 鐵。 在鋼中晶界的重要特性 晶界比晶粒容易被腐蝕； 晶界的熔點比晶粒低； 當(dāng)金屬內(nèi)部發(fā)生相變時，晶界是優(yōu)先成核的部位； 原子在晶界上擴散比晶粒內(nèi)快； 晶界對晶粒的滑移變形起阻礙作用，晶界不易產(chǎn)生塑性變形； 晶界處容易聚集與晶粒元素不同的其他雜質(zhì)元素的原子。3 等強溫度T 晶界強度和晶粒強度相等時的溫度稱為等強溫度T 。 金屬材料的塑性變形與再結(jié)晶 加工硬化：金屬在塑性變形后，金屬的強

2、度和硬度會升高，塑性和 韌性會降低，這種現(xiàn)象稱為加工硬化或冷作硬化。 再結(jié)晶過程：當(dāng)溫度升高時，變形金屬的冷變形組織被拉長的晶 粒逐漸回復(fù)到原來的晶粒形狀，金屬性能恢復(fù)到原來 的性能的過程稱為再結(jié)晶過程。 鋼中的幾種根本組織 鐵素體：碳和其它合金元素在 鐵中的固溶體稱為鐵素體。以F表 示。 滲碳體：滲碳體是鐵和碳的化合物，或以化合物為基體的固溶體， 以Fe3C表示。電站鍋爐材料和焊接知識金屬材料4 奧氏體：奧氏體是碳和其它元素在鐵面心立方晶格中的固 溶體，以A表示。 珠光體：珠光體是鐵素體和滲碳體以彼此相間片層狀排列的機械 混合物，以P表示。 索氏體：索氏體即是片層較細的珠光體，以S表示。 屈

3、氏體或托氏體：屈氏體或托氏體即是片層極細的珠光 體，以T表示。 貝氏體：貝氏體是鐵素體和滲碳體的機械混合物，按照組織形式 和形成溫度不同，分為上貝氏體和下貝氏體。上貝氏體 中鐵素體呈羽毛狀，羽毛之間分布有片裝和棒狀的滲碳 體。下貝氏體為針狀的鐵素體上分布有大量的滲碳體。 貝氏體中的鐵素體含有較多的或過飽和的碳，以B表 示。 馬氏體：碳在鐵素體中的過飽和固溶體，以M表示。 電站鍋爐材料和焊接知識金屬材料5 萊氏體：萊氏體是一種機械混合物，在高溫時由奧氏體和滲碳體 組成，在常溫時由奧氏體轉(zhuǎn)變得到的珠光體加滲碳體組 成，以L表示。 石墨：石墨是碳以六方柱狀形式的結(jié)晶狀態(tài)。石墨在鋼中的可以 以三種形狀

4、存在，即片狀花瓣狀、雪花狀、球狀。其 中以片狀對金屬的危害最大。 鐵碳平衡圖 平衡圖也叫相圖或狀態(tài)圖，是表示合金體系在平衡狀態(tài)時各相區(qū)溫度和成分極限的圖解。一般最常用的平衡圖是二元系的平衡圖。二元系的平衡圖以縱坐標(biāo)表示溫度，橫坐標(biāo)表示合金的成分。知道了合金的成分和溫度，就可以在平衡圖上找到相應(yīng)的平衡狀態(tài)下的組織，并可用杠桿定律求出兩相區(qū)相的相對量。從平衡圖上也可以知道一定成分的合金在冷卻過程中相的變化。電站鍋爐材料和焊接知識金屬材料6 鐵碳平衡圖是鐵和碳的二元系相圖。嚴格來說，鐵碳平衡圖應(yīng)當(dāng)是鐵和石墨的平衡圖。而我們應(yīng)用最多的是含碳量以下的富鐵局部平衡圖，而且是鐵和化合物Fe3C 的一種平衡圖

5、。因此，雖然鐵碳平衡圖有Fe C和Fe Fe3C兩種，但實際上都把Fe Fe3C系的平衡圖稱為鐵碳平衡圖。 包晶反響：所謂包晶反響即由一個固相和一個液相反響成為一個 固相的反響。 共晶反響：所謂共晶反響即由一個液相反響成兩個固相的反響。 共析反響：所謂共晶反響即由一個固相反響成兩個固相的反響。 杠桿定律：當(dāng)測定各相的相對量時，可先通過點做水平線， 此水平線在該點和決定相成分的間的線段長度與 這些相的重量成反比。電站鍋爐材料和焊接知識金屬材料7 鋼的熱處理 正火:即是將鋼加熱到Ac3 以上3050 ，在此溫度停留一段時間 后，將鋼在靜止空氣中冷卻的一種操作。 正火目的： 、細化晶粒，改善鋼的力學(xué)

6、性能，并可作為某些鋼 如20G鍋爐管的最終熱處理。 、改善組織，以改善切削加工性能，并為淬火做組 織準備。 淬火：即是把鋼加熱到臨界點 Ac3 或Ac1以上某一溫度，并在 此溫度停留一段時間后，迅速冷卻，以得到不穩(wěn)定狀態(tài)組 織的一種操作。鋼在淬火后一般得到的是馬氏體組織，但 對高合金奧氏體鋼那么淬火后為奧氏體組織。奧氏體鋼淬火 也被稱為固溶處理或水韌處理。 淬火目的：提高鋼的強度和硬度。電站鍋爐材料和焊接知識金屬材料8 回火：即是將淬火后的鋼加熱到低于Ac1的溫度 ，在此溫度停留 一段時間后冷卻的一種操作。 回火目的： 、得到較為穩(wěn)定的組織。 、減小或完全消除鋼淬火后存在于鋼中的應(yīng)力，降 低淬

7、火鋼的脆性，得到工件所需要的最后的性能。 常見的回火類型： 、低溫回火 回火溫度為150250 。 目的：消除工件中的局部內(nèi)應(yīng)力，稍稍提高韌性，但仍使工 件保持著高的淬火硬度。 適用范圍：高碳鋼和合金鋼制造的刀具、量具等。 、中溫回火 回火溫度為350480 。電站鍋爐材料和焊接知識金屬材料9 目的：使鋼具有較高的彈性和韌性。 適用范圍：常用于彈簧和熱沖模。 、高溫回火 回火溫度為450670 對碳鋼或低合金鋼或更高溫度 對中、高合金鋼。 目的：完全消除內(nèi)應(yīng)力，回火后有足夠的強度和良好的韌性。 適用范圍：廣泛用于電站主蒸汽管道焊口的焊后熱處理以與 構(gòu)造鋼的最終熱處理。 退火：鋼的退火可分為再結(jié)

8、晶退火和退火兩種。 再結(jié)晶退火：即是將冷加工后的工件加熱到Ac1以下溫度，使冷加 工后的不穩(wěn)定的變形組織變?yōu)榉€(wěn)定的組織狀態(tài)。這 種退火沒有相變發(fā)生。 電站鍋爐材料和焊接知識金屬材料10 常見的退火類型： 、完全退火 完全退火是將鋼加熱到Ac3以上，使鋼全部變成奧氏體的工 藝 。 目的：細化晶粒，改善鋼的力學(xué)性能或為淬火作組織準備； 降低鋼的硬度以利于加工； 消除內(nèi)應(yīng)力。 適用范圍：亞共析鋼和共析鋼組織的碳鋼與合金鋼鑄件和鍛 件。如汽輪機氣缸25鋼鑄件在鑄造后即采用完全 退火。 、不完全退火 不完全退火與完全退火不同，其加熱溫度較低，為Ac1 2030 ，在此溫度加熱保溫后緩慢冷卻。 電站鍋爐材

9、料和焊接知識金屬材料11 目的：降低鋼的硬度，改善切削性能，并為淬火作組織準備。 適用范圍：主要用于過共析鋼、合金工具鋼與軸承鋼。這些 鋼均是含碳量較高的鋼，在不完全退火的加熱溫 度下，其組織為奧氏體加二次滲碳體對合金鋼 為碳化物。之所以不采用完全退火工藝的原因 在于，如采用完全退火，鋼中所有含碳量均會溶 于奧氏體中，導(dǎo)致奧氏體含碳量的含碳量提高， 穩(wěn)定性加大。如要獲得均勻的退火組織，其冷卻 速度必須很慢。這樣將大為延長退火時間，對生 產(chǎn)不利。另外，對這些剛采用不完全退火，可使 二次滲碳體易于成為球狀，對降低鋼的硬度并為 淬火組織準備更為有利。電站鍋爐材料和焊接知識金屬材料12 、擴散退火 擴

10、散退火即是將鋼加熱到 很高的溫度，通常為 Ac3以上 200 左右，保溫較長時間，然后緩慢冷卻。 目的：使鋼的成分均勻。 適用范圍：高合金鋼錠或鑄件。 、等溫退火 等溫退火即是把鋼加熱到臨界點以上溫度，使其轉(zhuǎn)變?yōu)閵W 氏體，并保溫一段時間使奧氏體均勻后，冷卻到預(yù)定溫度， 并在該溫度下保溫一段時間，使奧氏體等溫分解成珠光體 的熱處理工藝。 等溫退火的加熱溫度與完全退火的加熱溫度一樣。二者不 同之處在于冷卻方式。這種退火方式可以說是完全退火的 特殊形式。 電站鍋爐材料和焊接知識金屬材料13 目的：組織均勻，硬度較低。 適用范圍：合金鋼。 、球化退火 球化退火即是將鋼按照完全退火的加熱速度加熱到Ac1

11、 2030 ，保溫后，再按照每小時2050 的速度降至 該鋼Ar1以下一個溫度，并在這個溫度保溫較長時間，最后 隨爐冷致450500 左右出爐，再在空氣中冷卻的工藝。 通過這種退火后，珠光體中的滲碳體與鋼中的二次滲碳體均 為球狀，故稱為球化退火。 目的：降低硬度， 以便于加工，并使鋼中的滲碳體變?yōu)榍?狀，以為淬火作好組織準備。 電站鍋爐材料和焊接知識金屬材料14二、金屬在高溫長期運行過程中的變化 金屬的蠕變 金屬在高溫下，即使其所受的應(yīng)力低于金屬在該溫度的屈服點， 在這樣的應(yīng)力長期作用下，也會發(fā)生緩慢的但是連續(xù)的塑性變形， 這樣的一種現(xiàn)象稱為蠕變現(xiàn)象，所發(fā)生的變形稱為蠕變變形或 蠕脹。 金屬的

12、蠕變曲線 蠕變現(xiàn)象通常用畫在“變形時間坐標(biāo)上的曲線來表示，這種曲線稱為蠕變曲線。盡管不同的金屬和合金在不同條件下所得到的蠕變曲線不盡一樣，但它們都有一定的共同特征，把這些共同特征表示出來的蠕變曲線就叫做典型蠕變曲線。典型蠕變曲線見附圖，它描述在恒定溫度、恒定拉應(yīng)力下金屬的變形隨時間的變化規(guī)律。 電站鍋爐材料和焊接知識金屬材料15 典型蠕變曲線分為以下四個局部： 、瞬時伸長0O它是加上應(yīng)力的瞬間發(fā)生的。假設(shè)外加應(yīng)力超過 金屬在試驗溫度下的彈性極限，那么這局部瞬時伸長中既包括 彈性變形，也包括塑性變形。 、蠕變第一階段曲線OA，即 I ，這一階段的蠕變是非穩(wěn)定 的蠕變階段，它的特點是開場蠕變速度較

13、大，但隨著時間的 推移，蠕變速度逐步減小，到A點，金屬的蠕變速度到達該 應(yīng)力和溫度下的最小值并開場過渡到蠕變的第二階段。由于 這一階段蠕變有著減速的特點，因此也把蠕變第一階段稱為 蠕變的減速階段。 、蠕變的第二階段曲線AB ，即 II ，這一階段的蠕變是穩(wěn) 定階段的蠕變，它的特點是蠕變以固定的但是對于該應(yīng)力和 溫度下是最小的蠕變速度進展，在蠕變曲線上表現(xiàn)為一具有 一定傾斜角度的直線段。蠕變第二階段又稱為蠕變的等速階 段或恒速階段。電站鍋爐材料和焊接知識金屬材料16 、蠕變的第三階段曲線BC ，即 III ，當(dāng)蠕變進展到B點，隨 著時間的進展，蠕變以迅速增大的速度進展，這是一種失穩(wěn) 狀態(tài)。直到C

14、點發(fā)生斷裂。至此，整個蠕變過程完畢。由于蠕 變第三階段有蠕變不斷加速的特點，所以也被稱為蠕變的加速 階段。 一般認為，在正常的使用條件下，高溫金屬部件的使用期限應(yīng)當(dāng)在蠕變第三階段發(fā)生以前。長期以來，人們總是把蠕變第二階段終了時的蠕變變形量作為金屬在使用時的極限變形量。但考慮到蠕變第三階段的時間與總的時間相比，占的比例較大，因此，對于電站的某些高溫部件，例如主蒸汽管道，它們的允許變形量并不受外界條件的限制與某些部件因機械構(gòu)造的公差的限制不允許變形量很大是有區(qū)別的，而是由金屬本身的變性能力所支配，對于這樣的高溫金屬部件，認為它們只能使用到第二階段終了時的看法是值得商榷的。電站鍋爐材料和焊接知識金屬

15、材料17 金屬的蠕變極限 金屬的蠕變極限是這樣一個應(yīng)力，在這個應(yīng)力下，金屬在一定溫度下于規(guī)定時間內(nèi)產(chǎn)生規(guī)定的總的塑性變形量；或者在這個應(yīng)力下，金屬在某一溫度下引起規(guī)定的蠕變速度。 對于火力發(fā)電廠的高溫金屬部件，蠕變極限作以下具體規(guī)定： 、在 一 定 溫 度 下，能 使鋼 材 產(chǎn) 生 1107毫米/毫米時 或1105/時的第二階段蠕變速度的應(yīng)力，就 稱為 該 溫度下1107 或1105的蠕變極限。 所用符號為 t1107 或 t1105 。 、在 一 定 溫 度 下，能 使鋼 材 在105小時工作時間內(nèi)發(fā)生1 的總?cè)渥冏冃瘟康膽?yīng)力，就稱為該溫度下的105小時變形1 的蠕變極限。 所用符號為 t1

16、/105 電站鍋爐材料和焊接知識金屬材料18 金屬的持久強度 金屬材料的持久強度和蠕變極限一樣，是評定在高溫和應(yīng)力下長期使用的部件金屬材料的強度指標(biāo)。由于金屬持久強度試驗一直要進展到試樣的斷裂，所以它可以反映金屬材料在高溫長時斷裂時的強度和塑性。 金屬的持久強度是指在給定溫度下經(jīng)過一定時間破壞時所能承受的應(yīng)力。金屬的持久強度也稱持久強度極限。 火力發(fā)電廠高溫金屬部件所用材料的持久強度一般可表示為：在給定溫度下，經(jīng)105小時發(fā)生破壞或斷裂的應(yīng)力。 其常用符號為 t105 電站鍋爐材料和焊接知識金屬材料19 金屬的松弛 金屬在高溫和應(yīng)力狀態(tài)下，如維持總變形不變，隨著時間的延長，應(yīng)力逐漸降低的現(xiàn)象叫

17、應(yīng)力松弛。松弛過程可以用一個數(shù)學(xué)表達式來表示，當(dāng)溫度為常數(shù)時： 0 p e 常數(shù) 式中： 0 松弛開場時金屬所具有的開場的總變形； p 塑性變形 e 彈性變形 松弛過程中， 0 常數(shù)， p 常數(shù)，e 常數(shù) 。即由于總變形量不變，而其中的彈性變形轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃?，因而零件中的?yīng)力隨時間而降低。 因此，金屬的松弛過程就是金屬在高溫下彈性變形自動轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃蔚倪^程。 電站鍋爐材料和焊接知識金屬材料20 金屬在高溫長期運行過程中組織的變化 無論奧氏體鋼或珠光體鋼，在高溫下長期運行，不但會發(fā)生蠕變、斷裂和應(yīng)力松弛等形變過程，而且還會發(fā)生一些組織和性能的變化。 鍋爐、汽輪機高溫部件所用鋼材在高溫長期運行過

18、程中發(fā)生的組織性能變化主要有： 珠光體的球化和碳化物的聚集； 石墨化僅限于不含鉻的珠光體耐熱鋼； 時效和新相的形成如不銹鋼中 相的形成等； 熱脆性； 合金元素在固溶體中和碳化物相之間的重新分配。 等等。電站鍋爐材料和焊接知識金屬材料21 珠光體的球化和碳化物的聚集 這是所有珠光體耐熱鋼最常見的組織變化。 珠光體球化是指鋼中原來的珠光體中的片層狀滲碳體在合金鋼中稱合金滲碳體或碳化物在高溫下長期運行，逐步改變自己的形狀而成為球狀的現(xiàn)象。球化后的碳化物繼續(xù)增大自己的尺寸，使小直徑的球變成大直徑的球，這就是碳化物的聚集。 珠光體的球化對鋼的性能的影響 一般來說，珠光體球化對鋼的室溫力學(xué)性能和耐熱性均有

19、一定程度的影響，對于不同的鋼，其影響程度不一。 、珠光體球化會使鋼的室溫強度極限和屈服點降低。 、珠光體球化會使鋼的蠕變極限和持久強度降低。電站鍋爐材料和焊接知識金屬材料22 石墨化 石墨化就是鋼中的滲碳體分解成為游離碳并以石墨形式析出，在鋼中形成石墨夾層的現(xiàn)象。 碳鋼和Mo鋼等不含鉻的珠光體耐熱鋼在高溫長期運行過程中會產(chǎn)生石墨化的現(xiàn)象。 石墨化對鋼的性能的影響 當(dāng)鋼中產(chǎn)生石墨化現(xiàn)象時，由于碳從滲碳體中析出成為石墨，鋼中滲碳體數(shù)量減少；另外，石墨在鋼中割裂基體，起裂紋作用，而石墨本身強度又極低，因此，石墨化對鋼的強度有所影響。 另外，由于鋼的室溫沖擊性能也有一定的影響。 電站鍋爐材料和焊接知識

20、金屬材料23 時效和新相的形成 耐熱鋼或耐熱合金的時效過程是指它們在長期運行過程中，隨著運行時間的推移而從組織中過飽和固溶體內(nèi)析出一些強化相質(zhì)點而使金屬的性能隨時間發(fā)生變化的現(xiàn)象。 當(dāng)耐熱鋼和耐熱合金中的固溶體由于熱處理時從高溫冷卻較快或別的原因，使固溶于其中的合金元素來不與析出時，就形成不穩(wěn)定的過飽和固溶體。在以后的運行中就會發(fā)生時效。 時效可分為三個階段。第一階段是時效過程在金屬晶格內(nèi)的準備階段，它僅有一些物理性能如電阻等的變化，在此階段鋼和合金的強度和硬度幾乎不發(fā)生變化；第二階段在組織上析出了分散的強化相質(zhì)點，使鋼的強度、硬度和蠕變極限提高，并使塑性、韌性降低；在時效隨第三階段，是這些析

21、出的分散相的聚集。由于這些細小的、分散的質(zhì)點聚集成大的質(zhì)點，因而強化作用消失，強度、硬度降低，同時，蠕變極限和持久強度也顯著降低。 時效過程也就是新相形成的過程，因為析出的分散相也就是在金屬中形成的新相。 電站鍋爐材料和焊接知識金屬材料24 合金元素在固溶體和碳化物相之間的重新分配 鋼在高溫長期作用下，不但會發(fā)生珠光體球化、石墨化、時效等，鋼中合金元素還會發(fā)生在固溶體和碳化物相之間的重新分配過程。這一過程的發(fā)生是由于在高溫下合金元素原子活動能力的增加而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)移過程。 目前，火力發(fā)電廠用的最多的是珠光體耐熱鋼和馬氏體耐熱鋼。在這些鋼中，歸根到底只有兩種相：固溶體和碳化物。鋼中的合金元素不是存在

22、于固溶體中，就是存在于碳化物中。當(dāng)形成固溶體時，合金元素的原子是要溶入到鐵的晶格中去的。合金元素的原子直徑是與鐵原子的直徑不同的，因而形成固溶體時要產(chǎn)生晶格畸變，有畸變的晶格是不穩(wěn)定的。因此，在高溫長期作用下，只有溫度水平能使合金元素原子有充分的活動能力，它就力求從固溶體中出來轉(zhuǎn)移到較為穩(wěn)定的碳化物中去。這種過程也叫做固溶體的貧化。固溶體的貧化會使鋼的強度、蠕變極限和持久強度下降。電站鍋爐材料和焊接知識金屬材料25 合金元素在固溶體和碳化物相之間的重新分配過程包括兩個方面：一為固溶體、碳化物中合金含量的變化即稱為碳化物成分的變化，二為運行過程中同時發(fā)生的碳化物構(gòu)造類型、數(shù)量 和發(fā)布形式的變化。

23、電站鍋爐材料和焊接知識金屬材料26三、金屬力學(xué)性能試驗根本知識 金屬材料的力學(xué)性能是金屬材料在外力作用下表現(xiàn)出來的特性，如彈性、強度、硬度、韌性、塑性等。不同的受力條件會使金屬材料表現(xiàn)出不同的特性，如靜力拉伸力作用下金屬材料的強度和塑性特性，動力負荷即沖擊負荷下金屬材料所表現(xiàn)出來的韌性特性指標(biāo)等。 靜力試驗下的力學(xué)性能 靜力試驗的意義是，向試樣上加力負荷、載荷的速度是緩慢而均勻的，或者是以固定不變的力加在試樣上并保持很長的時間。顯然，在靜力試驗時，試樣的變形速度不大。 拉伸試驗 在拉伸試驗時，可以得到以下力學(xué)性能的指標(biāo)：電站鍋爐材料和焊接知識金屬材料27 、抵抗微小的塑性變形的能力 這種性能常

24、常用比例極限p和屈服點s來說明。 、抵抗大的塑性變形的能力 這種性能常常用強度極限b來說明。 、塑性 試樣在斷裂時的塑性變形的大小，這種性能常常用延伸率和斷面收縮率來說明。 拉伸曲線 在對金屬拉伸試樣進展拉伸試驗時，可以得到一條畫在負荷伸長量坐標(biāo)上的曲線，這就是拉伸曲線。 圖中負荷與伸長量之間能保持直線關(guān)系的最大負荷稱為比例極限負荷Pp ；金屬能保持虎克定律的最大負荷稱為彈性極限負荷Pe 比例極限負荷和彈性極限負荷在位置上非常接近； Ps稱為屈服負荷，金屬在這個負荷下開場屈服即不增加負荷，變形也能自動增加； PB稱為最大負荷; PZ稱為斷裂負荷。電站鍋爐材料和焊接知識金屬材料28 拉伸試驗時的

25、力學(xué)性能指標(biāo)： 、比例極限p 是指應(yīng)力和相對伸長成正比例的最大應(yīng)力。 、彈性極限e 是指在不產(chǎn)生永久塑性變形的前提下，金屬材料所能承受 的最大應(yīng)力。在工程上規(guī)定，彈性極限是使試樣產(chǎn)生 0.05%永久變形的應(yīng)力。 、屈服點s 是指不增加負荷而使試樣變形增加的最小應(yīng)力。 有時，在低碳鋼做拉伸試驗時，在拉伸曲線上屈服時會出 現(xiàn)負荷作鋸齒狀的一段臺階，可分別用上屈服點和下屈服 點表示。如不特別指明，應(yīng)認為上屈服點是屈服點。 很多的金屬或合金，在拉伸曲線上無明顯的屈服平臺。在 工程上規(guī)定，一般將使試樣產(chǎn)生0.2%永久變形的應(yīng)力作為 屈服點，以表示。 電站鍋爐材料和焊接知識金屬材料29 、強度極限b 試驗

26、斷裂前最大負荷與原始截面積之比。 、真實抗斷抗力Z 試驗拉斷時的負荷與拉斷時的試樣最小截面積之比。 、延伸率 試樣拉斷后的伸長量與原始計算長度之比。 、斷面收縮率 試樣拉斷后的截面積最大收縮量與原始截面積之比。 硬度 所謂金屬的硬度是指金屬抵抗其它比較堅硬物體壓入的能力。這種堅硬的壓入物通常是不發(fā)生變形的。電站鍋爐材料和焊接知識金屬材料30 按照試驗時所用方法的不同，可將硬度測定方法分為： 壓入法：試驗金屬對塑性變形的抵抗能力； 劃痕法：試驗金屬對于阻礙斷裂的抵抗能力； 彈性回跳法：試驗金屬對彈性變形的抵抗能力。 我國常用的幾種硬度檢測方法 、布氏法 布氏硬度是將一定直徑的淬火鋼球在一定負荷下

27、壓入金屬的 外表。那么布氏硬度為壓入負荷與壓痕球形面積之比。 布氏硬度的優(yōu)點：由于壓痕較大，測得的數(shù)據(jù)較為準確；另 外，由于布氏硬度的實質(zhì)也是表示對變形的抗力，故它與金 屬強度極限之間存在一定的關(guān)系，根據(jù)經(jīng)歷公式，此關(guān)系表 示為： b KHB 式中K為常數(shù)電站鍋爐材料和焊接知識金屬材料31 布氏硬度的缺點：鋼球一定不高，不能測量硬度超過HB450 的金屬；其另一缺點為：壓痕面積大，損傷外表，以與不能 測量薄試樣的硬度。 、洛氏硬度 將一定負荷加于一頂角為120 的金剛石圓錐用于硬的金屬 或直徑為毫米的淬火鋼球用于軟的金屬，使其壓入 金屬外表，測量其壓入深度來得到洛氏硬度。 洛氏硬度與布氏硬度的

28、不同在于，洛氏硬度在前后兩次施加 載荷初負荷與總負荷的作用下將壓頭壓入金屬外表，并 在去掉主負荷，留下初負荷讓其繼續(xù)作用的情況下計算其壓 入深度。布氏硬度那么是在去掉所有負荷后測量其壓痕直徑。 洛氏硬度可用來測量最硬的金屬或合金的硬度；由于測量后 在工件外表留下的壓痕不大，不至于破壞工件外表，為此可 用來測量成品工件與薄的試件。但由于壓痕太小，所以測量 精度不高。電站鍋爐材料和焊接知識金屬材料32 、維氏法 維氏硬度是用一相對兩面夾角為136 的金剛石正四棱錐形壓 頭，在一定負荷的作用下，壓入被測金屬外表。經(jīng)過規(guī)定的 保持負荷時間后，卸除負荷，測量其壓痕兩對角線長度的平 均值，然后查表或帶入公

29、式求得硬度值。 維氏硬度所采用的負荷小，壓痕小，適用于金屬、合金與其 外表層的硬度測量。電站鍋爐材料和焊接知識金屬材料33 動力試驗下的力學(xué)性能 沖擊韌性 沖擊韌性表示金屬材料對沖擊負荷的抵抗能力，它是衡量材料韌性的指標(biāo)?？梢哉J為，沖擊韌性是綜合性地概括了材料的塑性性能和強度性能。沖擊韌性ak等于撞斷帶缺口的標(biāo)準方形截面試樣 在其單位面積上所消耗的功。電站鍋爐材料和焊接知識金屬材料34電站鍋爐材料和焊接知識焊接電站鍋爐材料和焊接知識焊接35焊接根本概念 焊接 兩種或兩種以上的材料同種或異種通過原子之間或分子之間的結(jié)合和擴散而造成的永久性聯(lián)接的工藝過程叫做焊接。 焊接的分類 按照焊接過程中金屬所

30、處狀態(tài)的不同，可以把焊接方法分為三大類： 、熔焊 熔焊是把要聯(lián)接的金屬加熱到熔化狀態(tài)，再參加或不參加填充金屬而結(jié)合的方法。它是最有利于金屬原子間結(jié)合的方法。如氣焊、電弧焊、氣體保護電弧焊等都屬于熔焊。 、壓焊 壓焊是利用焊接時所施加的壓力使接觸處的金屬相結(jié)合的方法。這類焊接有兩種形式。一是將被焊金屬局部加熱至塑性狀態(tài)電站鍋爐材料和焊接知識焊接36 或半熔化狀態(tài)，再施加一定的壓力，以使金屬原子間相互結(jié)合形成結(jié)實的接頭。如鍛焊、接觸焊、摩擦焊等。二是不進展加熱，僅在被焊金屬的接觸面施加足夠大的壓力，借助壓力所引起的塑性變形，以使原子間相互接近而獲得結(jié)實的壓擠接頭，如冷壓焊、爆炸焊等。這種方法只適用

31、于塑性變形相當(dāng)好的金屬材料。 、鉛焊 鉛焊是把比被焊金屬熔點低的鉛料金屬熔化至液態(tài)，然后使其滲透到被焊金屬間隙而到達結(jié)合的方法。電站鍋爐材料和焊接知識焊接37鍋爐常用的焊接方法簡介埋弧自動焊 埋弧自動焊也稱為“熔劑層下自動焊，電弧是在焊劑熔劑層下面燃燒的。自動焊機頭將焊絲自動送入電弧區(qū)保證選定的弧長，電弧靠焊機控制均勻地向前移動。在焊絲前面，焊劑從漏斗中不斷流出撒在工件外表上。焊后，局部焊劑稱為渣殼覆蓋于焊縫外表，大局部未熔化的焊劑可回收重新使用。 埋弧自動焊與手工電弧焊比較有以下優(yōu)點： 生產(chǎn)率高； 焊接質(zhì)量高且穩(wěn)定； 節(jié)省金屬和能源； 改善勞動條件。 常用來焊接長的直線焊縫和鍋筒等大直徑筒體

32、的環(huán)焊縫。電站鍋爐材料和焊接知識焊接38 氬弧焊 手工電弧焊和埋弧自動焊主要是以渣來保護熔化金屬的，對于一般的構(gòu)造鋼，只要選擇適宜的焊接材料與焊接標(biāo)準，仔細進展操作，是能夠保證焊接接頭質(zhì)量的。但渣中常含有一定量的氧化物質(zhì)，當(dāng)用來焊接合金鋼等材料時，常使合金鋼中的一些有用焊劑元素?zé)g，因此改變了材料的性能，降低了焊接接頭的質(zhì)量，為解決此類問題，利用氣體保護的電弧焊接方法有了較大的開展。在鍋爐行業(yè)應(yīng)用最多的是氬弧焊。 氬弧焊是以氬氣作為保護氣體的一種電弧焊接方法，電弧發(fā)生在電極與焊件之間。在電弧周圍通以氬氣，以形成保護電弧和熔池的連續(xù)封閉的氣流。氬氣可以保護電極和熔化金屬不受空氣的有害作用，在高溫

33、情況下，氬氣和金屬不起任何化學(xué)反響，也不溶于金屬，因此，氬弧焊的焊接質(zhì)量比較高。 氬弧焊與用渣保護的焊接方法比較，有以下特點： 可用來焊接各類合金鋼，焊接質(zhì)量好；電站鍋爐材料和焊接知識焊接39 電弧和熔池區(qū)是氣體保護，明火可見，便于操作； 熔池小，焊接速度快，熱影響區(qū)較小，焊后變形??； 電弧穩(wěn)定，飛濺小，焊縫致密，外表無熔渣，成型美觀； 產(chǎn)生裂紋的傾向小。電站鍋爐材料和焊接知識焊接40 電渣焊 電渣焊是利用電流通過液態(tài)熔渣所產(chǎn)生的電阻熱作為熱源來進展焊接的。一般在垂直立焊位置進展焊接。 電渣焊開場時，先在焊絲和引弧板之間產(chǎn)生電弧，電弧熱使電弧周圍的焊接熔化成液態(tài)熔渣，待液態(tài)熔渣到達一定深度形成

34、渣池后，電弧熄滅，此時由電弧焊轉(zhuǎn)換為電渣焊。 電渣焊主要用于中等厚度工件的直焊縫以與環(huán)形焊縫的焊接。 和其它焊接方法比較，電渣焊有以下特點： 大厚度工件可一次焊成。 生產(chǎn)率高，焊材消耗少。 焊縫質(zhì)量比較好； 用電渣焊一次焊成大厚度工件時，焊接速度相對較慢，焊縫區(qū)在高溫停留時間較長，這對焊接易淬火鋼是有利的。但高溫停留時間過長，使熱影響區(qū)變寬，晶粒粗大，易產(chǎn)生過熱組織，因此近電站鍋爐材料和焊接知識焊接41 縫區(qū)機械性能有一定的下降。電站鍋爐材料和焊接知識焊接42常見焊接缺陷 焊接過程中，由于多種原因，往往會在焊接接頭區(qū)域產(chǎn)生各種 焊接缺陷?，F(xiàn)簡要介紹常見的一些焊接缺陷。1、 裂紋 裂紋按照其產(chǎn)生部位不同，可分為縱向裂紋、橫向裂紋、根部裂紋、弧坑裂紋、熔合區(qū)裂紋以與熱影響區(qū)裂紋等；按照其產(chǎn)生的溫度和時間的不同又可分為熱裂紋包括結(jié)晶裂紋和熱影響區(qū)液化裂紋等、冷裂紋包括氫致裂紋和層狀撕裂等以與再熱裂紋。 、熱裂紋 熱裂紋經(jīng)常發(fā)生在焊縫中，有時也出現(xiàn)在熱影響區(qū)。焊縫中的縱向熱裂紋一般發(fā)生焊道中心，與焊縫長度方向平行，焊縫中的橫向熱裂紋一般沿柱狀晶發(fā)生，與母材的晶粒間界相連，與焊縫長度方向垂直。根部裂紋發(fā)生于焊縫根部。