第4講：鍋爐壓力容器強度設(shè)計及制造要求課件

張啟波青島理工大學鍋爐壓力容器安全Boilerpressurecontainersafety

第四章鍋爐壓力容器強度設(shè)計及制造要求

第1節(jié)強度設(shè)計概述

第2節(jié)鍋爐壓力容器用鋼材第3節(jié)筒體與封頭強度設(shè)計第4節(jié)開孔補強第5節(jié)鍋爐壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全問題第6節(jié)鍋爐壓力容器制造質(zhì)量控制第7節(jié)鍋爐壓力容器制造管理第1節(jié)強度設(shè)計概述

鍋爐壓力容器受壓元件的“升壓”與“承壓能力”是兩回事，“升壓”取決于介質(zhì)獲得能量與改變參數(shù)的方式和途徑，“承壓能力”則取決于元件的質(zhì)量和性能。“升壓、受壓”的元件不一定具有“承壓能力”。鍋爐壓力容器受壓元件的承壓能力，是指元件承受介質(zhì)壓力載荷而不破壞的能力，即元件的強度?？捎迷脑S用壓力[p]表示。

一、強度理論一、強度理論

（一）鍋爐壓力容器的失效

構(gòu)件失效：失去預定工作能力；

強度失效：因強度不足引起的失效。如：構(gòu)件破壞、破裂、斷裂；

因剛度不足或穩(wěn)定性不足：-過量的彈形變形或失穩(wěn)坍塌；

穩(wěn)定性：細桿被壓縮后彎曲，薄壁圓筒受內(nèi)壓變?yōu)闄E圓。鍋爐壓力容器失效主要是強度失效，包括：靜載強度失效及交變載荷長期反復作用引起的疲勞強度失效。承受外壓的鍋爐壓力容器部件及元件，即包括：強度失效，也包括失穩(wěn)失效。一、強度理論

（二）強度設(shè)計的任務(wù)設(shè)計任務(wù):強度設(shè)計---強度計算---設(shè)計計算—根據(jù)材料、尺寸、T、P，計算壁厚；核算計算—核算元件所能承受的壓力載荷[p]

。一、強度理論

（三）強度理論及強度條件強度理論—失效判據(jù)—研究構(gòu)件在不同應(yīng)力狀態(tài)下產(chǎn)生強度失效的共同原因的理論。根據(jù)出現(xiàn)的先后次序，分為第一、第二、三、四理論。鍋爐壓力容器強度設(shè)計常涉及的是：第一、三、四理論。這些理論的統(tǒng)一表達式為：Si≤[σ]；[σ]—材料的許用應(yīng)力；Si—依據(jù)一定強度理論得出的當量理論或應(yīng)力強度。一、強度理論

（三）強度理論及強度條件

第一強度理論：--最大拉應(yīng)力強度理論。--無論材料處于什么應(yīng)力狀態(tài)，只要發(fā)生脆性斷裂，其共同原因是由于構(gòu)件的最大拉應(yīng)力σ1達到了極限。S1=σ1≤[σ]；

第二強度理論：是根據(jù)變形極限確定的。

一、強度理論

（三）強度理論及強度條件

第三強度理論：--最大剪應(yīng)力理論，--無論材料處于什么應(yīng)力狀態(tài)，只要發(fā)生屈服失效，其共同原因是由于構(gòu)件的最大剪應(yīng)力τmax達到了極限。

對于任意應(yīng)力狀態(tài)其：τmax=（σ1-σ3）/2；在單向拉伸時，當拉應(yīng)力達到極限σs時，與軸向成45度的斜截面上的相應(yīng)的最大剪應(yīng)力為τmax=σs/2，發(fā)生屈服。則準則應(yīng)為：（σ1-σ3）/2=σs/2；---（σ1-σ3）=σs；S3=σ1-σ3≤[σ]；一、強度理論

（三）強度理論及強度條件

第四強度理論：也叫歪形能強度理論。--無論材料處于什么應(yīng)力狀態(tài)，只要發(fā)生屈服失效，其共同原因是由于構(gòu)件的歪形能（形狀變形比能）達到了極限。

產(chǎn)生變形所做的功全部轉(zhuǎn)為變形能。二、設(shè)計準則強度控制原則

（一）彈性失效準則---極限應(yīng)力法構(gòu)件上應(yīng)力最大點的當量應(yīng)力達到材料的屈服點時，整個構(gòu)件喪失工作能力。一點失效即構(gòu)件失效。

（二）塑性失效準則—極限載荷法一點的當量應(yīng)力達到屈服點，整個結(jié)構(gòu)并不失效。只有當整個截面上各點當量應(yīng)力均達到屈服點，結(jié)構(gòu)才失效。對于拉伸桿件或薄壁園筒，其應(yīng)力沿壁厚是均勻分布的，一點失效與整個截面失效是相同的。而對于厚壁圓筒則不同。二、設(shè)計準則強度控制原則顯然，采用彈性失效準則偏于安全與保守。但不論采取那種準則，都要選取安全系數(shù)。我國鍋爐強度控制采用塑性失效準則，一般壓力容器采用彈性失效準則。二、設(shè)計準則安全系數(shù)材料許用應(yīng)力[σ]一般由：σb/nb；σs/ns；σb---常溫下抗拉強度；σs---常溫或工作溫度下的屈服點σs；當材料在高溫工作時，還需考慮材料高溫性能指標---持久強度σD，蠕變極限σn。?。害襜/nb；σs/ns；σD/nD；σn/nn；最小值。

容器的各種承壓部件，承載的應(yīng)力：1、內(nèi)壓引起的薄膜應(yīng)力；2、邊界效應(yīng)引起的不連續(xù)應(yīng)力；3、熱膨脹受到約束而引起的熱應(yīng)力；4、還包括：殼體開孔接管等產(chǎn)生的局部應(yīng)力。這些不同條件引起的、具有不同性質(zhì)的各類應(yīng)力，在導致容器或其他部位發(fā)生破壞所引起的作用是否完全一致？有些應(yīng)力分布在整個截面上，使部件發(fā)生整體變形，隨應(yīng)力增大---變形也會毫無限制增加。當達到材料屈服極限—發(fā)生塑性變形—栽菏繼續(xù)增大—斷裂。因此是最危險的一種。

三、應(yīng)力分類

有些應(yīng)力只作用在局部區(qū)域，也會引起殼體變形，--大于材料屈服極限時—也會發(fā)生局部塑性變形。但這種局部的塑性流動，或者可以使原來的變形不協(xié)調(diào)得到緩解，或者受到相鄰區(qū)域（應(yīng)力較低，材料還處于彈性狀態(tài)）的限制而不能繼續(xù)發(fā)展下去。且使應(yīng)力重新分布。如總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)處的彎曲應(yīng)力。還有些應(yīng)力集中而產(chǎn)生的局部應(yīng)力，只局限在一個很小的區(qū)域范圍內(nèi)，而且迅速衰減，在他的周圍附近很塊就消失。因受到相鄰區(qū)域的約束，這種局部應(yīng)力基本上不會使部件產(chǎn)生任何明顯的變形。如小孔或缺口所產(chǎn)生的應(yīng)力。

三、應(yīng)力分類

不同類型的應(yīng)力—由于變形情況不同—在可能導致容器破壞的過程中所引起的作用是不一樣的。---也就是說，不同類型的應(yīng)力，在容器不同破裂模式中具有不同程度的重要性。顯然，如果要求把這些不同類型的應(yīng)力都控制在一個水平上，是不合理的。為了保證壓力容器在條件復雜的情況下安全運行—充分發(fā)揮材料的潛在能力—有必要探索各種應(yīng)力對容器強度的影響和作用—采用新的設(shè)計觀點（應(yīng)力分析設(shè)計方法），進行壓力容器的設(shè)計。

三、應(yīng)力分類

應(yīng)力分析設(shè)計方法：根據(jù)各類應(yīng)力在導致容器破壞中所起的作用，即按照應(yīng)力不同性質(zhì)，加以區(qū)別對待，控制在不同的范圍內(nèi)。長期以來，由于對各種應(yīng)力的作用缺乏精確的了解，加上計算困難。設(shè)計時僅考慮內(nèi)壓引起的元件大面積上的平均應(yīng)力進行強度設(shè)計。再采用一定安全系數(shù)。1968年美國提出了應(yīng)力分析設(shè)計方法。我國目前進行鍋爐壓力容器的常規(guī)設(shè)計已考慮了應(yīng)力分類的觀點和原則，從而減少了設(shè)計盲目性，增加可靠性，如：JB4732《鋼制壓力容器---分析設(shè)計標準》。

三、應(yīng)力分類

（一）一次應(yīng)力（P）---又稱基本應(yīng)力1）這類應(yīng)力必須滿足外載與內(nèi)力的平衡關(guān)系，所以可由靜力平衡條件確定；2）非自限性，隨外載菏增加而增大。包括以下幾種：

1）一次總體薄膜應(yīng)力（Pm）。--內(nèi)壓—環(huán)向應(yīng)力和經(jīng)向應(yīng)力。厚壁圓筒承壓時引起的軸向應(yīng)力等。

2）一次彎曲應(yīng)力（Pb）--除Pm外，載器壁厚度方向成線性分布的應(yīng)力。如容器平板封頭中央部分所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力。---應(yīng)用極限設(shè)計的概念進行分析。

三、應(yīng)力分類

（一）一次應(yīng)力（P）---又稱基本應(yīng)力

3）局部薄膜應(yīng)力（PL）。由壓力或其他機械載荷引起、并沿器壁厚度均勻分布、只產(chǎn)生載局部范圍的薄膜應(yīng)力。如：支座或接管與殼體的連接部位沿殼體壁厚平均的周向及經(jīng)向應(yīng)力。另外，筒體與封頭連接處由于邊界效應(yīng)—自由膨脹或收縮受到限制而引起的周向應(yīng)力---在沿器壁厚度方向上的分布狀態(tài)與總體薄膜應(yīng)力是相同的—只存在局部區(qū)域—應(yīng)當屬二次應(yīng)力—出于保守考慮—仍按一次應(yīng)力考慮。

三、應(yīng)力分類

（二）二次應(yīng)力（Q）—間接應(yīng)力是在外栽作用下，相鄰部件的約束或構(gòu)件自身約束而產(chǎn)生的正應(yīng)力或剪應(yīng)力。1）是滿足構(gòu)件的變形協(xié)調(diào)，而不是滿足外載與內(nèi)力平衡引起的；是自限性的。2）它在局部產(chǎn)生屈服或小量的塑性變形之后，由于相鄰部分的相互約束得到緩解—-使變形趨于協(xié)調(diào)而不是繼續(xù)發(fā)展，應(yīng)力就自動限制在一定范圍內(nèi)，不再增大。

三、應(yīng)力分類

（二）二次應(yīng)力（Q）—間接應(yīng)力包括：1）總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)處的彎曲應(yīng)力，如圓筒和封頭、法蘭連接處由彎矩引起的軸向或周向應(yīng)力；2）總體溫度應(yīng)力。如：軸向溫度梯度在圓筒產(chǎn)生的軸向應(yīng)力，接管和容器本體存在溫差而引起的應(yīng)力等。

三、應(yīng)力分類

（三）峰值應(yīng)力是由于局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)（小孔、小的轉(zhuǎn)角半徑、焊縫咬邊等）引起的應(yīng)力集中，使構(gòu)件在原有應(yīng)力（一次或二次）的基礎(chǔ)上再增高的那部分應(yīng)力。1）分布區(qū)域很小，區(qū)域范圍與容器的壁厚同一個數(shù)量級；2）不會引起整個結(jié)構(gòu)的任何明顯的變形，而只有可能成為容器產(chǎn)生疲勞破壞或脆性破壞的根源。---因此在強度設(shè)計中不考慮，只在疲勞設(shè)計時加以限制。

三、應(yīng)力分類

（三）峰值應(yīng)力包括：1）局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)處的總應(yīng)力中除去一、二次應(yīng)力后的剩余部分，如中間有一小孔；2）兩種鋼（如碳鋼與奧氏體鋼）的復合制造的容器部件，由于線膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的熱應(yīng)力；3）局部熱應(yīng)力。如器壁上存在一小熱點引起的應(yīng)力。只產(chǎn)生在一個范圍很小的某一溫度突變點（如：器壁與一高溫小管的連接處）附近。

三、應(yīng)力分類

極限設(shè)計法：以塑性失效為準則的強度設(shè)計。

安定性概念：是指局部應(yīng)力過高的區(qū)域，在反復載荷的作用下，除在第一次加載時產(chǎn)生一定量的塑性變形外，以后不再出現(xiàn)新的塑性變形，應(yīng)力與變形保持彈性循環(huán)狀態(tài)。各類應(yīng)力的限制（ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范中關(guān)于應(yīng)力分類限制的規(guī)定）。1）一次總體薄膜應(yīng)力（Pm、Sm），Pm≤[σ]；2）一次局部薄膜應(yīng)力（PL），PL≤1.5[σ]；3）一次總體薄膜應(yīng)力（Pm）或局部薄膜應(yīng)力（PL）和彎曲應(yīng)力（Pb）之和的應(yīng)力強度小于1.5[σ]；

四、設(shè)計中各類應(yīng)力的限制

4）一次總體薄膜應(yīng)力（Pm）或局部薄膜應(yīng)力（PL）和彎曲應(yīng)力（Pb）與二次應(yīng)力Q之和的應(yīng)力強度應(yīng)小于3[σ]；5）一次應(yīng)力（包括總體薄膜應(yīng)力或局部薄膜應(yīng)力與彎曲應(yīng)力）與二次應(yīng)力Q及峰值應(yīng)力F之和的應(yīng)力強度不能超過疲勞曲線所確定的許用應(yīng)力幅Sa。

四、設(shè)計中各類應(yīng)力的限制

四、設(shè)計中各類應(yīng)力的限制

第2節(jié)鍋爐壓力容器用鋼材

（二）許用壓力的主要影響因素

1.鋼材

不同的鋼材在相同的使用條件下體現(xiàn)不同的強度、塑性、韌性及其他性能特點。材料強度是元件強度的基礎(chǔ)，用不同強度的材料制成相同形狀與尺寸的元件，其許用壓力也不相同。

材料的抗拉強度及屈服點越高，材料的許用應(yīng)力越高，制成元件的許用壓力也越高，反之亦然。由于鍋爐壓力容器使用條件惡劣，對鋼材有特殊要求，在鍋爐壓力容器的修理、改造中不得用普通鋼材取代鍋爐壓力容器鋼材。

（二）許用壓力的主要影響因素

2.使用溫度

鋼材的抗拉強度和屈服點隨溫度的升高而下降，相應(yīng)地，鋼材的許用應(yīng)力也隨溫度的升高而下降，同樣制成元件的強度及承壓能力隨溫度的升高而下降。因而不能將常溫容器改作鍋爐部件，也應(yīng)防止缺水、結(jié)垢及其他非正常工況使部件溫度升高。

3.結(jié)構(gòu)形狀和尺寸

不同形狀的結(jié)構(gòu)承受同樣壓力后，其壁面內(nèi)應(yīng)力的大小和分布不同。在其他條件相同時，球殼受壓后應(yīng)力最小，分布最均勻。因而球殼強度最好，圓筒殼、橢球殼較好，而平封頭較差。

（二）許用壓力的主要影響因素

對回轉(zhuǎn)殼體，直徑越小，壁厚越大，則承壓能力及強度越好，反之越差。在使用中需要關(guān)注壁厚因腐蝕、磨損造成的減薄。

4.制造和安裝質(zhì)量

制造和安裝質(zhì)量不僅影響結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸，而且影響結(jié)構(gòu)的組織和性能。特別是焊接質(zhì)量，在很大程度上影響焊接接頭的結(jié)構(gòu)、組織、性能、應(yīng)力水平與完好程度，從而影響元件及部件強度。對鍋爐壓力容器結(jié)構(gòu)的焊接，必須嚴格控制、嚴格檢驗，防范和避免缺陷。

（二）許用壓力的主要影響因素

5.開孔

由于開孔破壞了結(jié)構(gòu)的連續(xù)，減少了結(jié)構(gòu)的承載面積，因而會降低部件結(jié)構(gòu)強度，其降低程度取決于開孔孔徑、孔距及開孔數(shù)量。對鍋爐壓力容器上開孔必須慎重處理?？讖讲粦?yīng)過大，開孔分布應(yīng)盡量均勻，不應(yīng)在焊縫及結(jié)構(gòu)形狀變化部位開孔。

在修理、改造設(shè)備時不應(yīng)隨意在設(shè)備上添加開孔。一、金屬材料的常溫力學性能鋼材在使用溫度下的強度性能（一）溫度對鋼材機械性能得影響鋼材的機械性能：（常溫短時試驗）σb(Rm)：抗拉強度；σs(ReL)：屈服點(屈服強度)；δ5(A)：伸長率；ψ(Z)：斷面收縮率；Akv：常溫沖擊吸收功，沖擊韌性—是金屬材料抵抗沖擊負荷的能力，采用用擺錘沖擊試驗機上測定。二、溫度對材料力學性能的影響一、金屬材料的常溫力學性能鋼材在使用溫度下的強度性能溫度對鋼材性能有很大影響。σb在50-100度有所下降，在200-300度間出現(xiàn)峰值（250），繼續(xù)增加溫度，則σb大大下降。與此相應(yīng)碳鋼的塑性在250前后的趨勢是先下降而后明顯上升

藍脆性：碳鋼在200-250時抗拉強度增加、而塑性下降的現(xiàn)象。溫度升高，σs（屈服點）降低，當升高到一定溫度時，拉伸時的明顯屈服現(xiàn)象消失，此時常用相當于殘余變形為0.2%時的應(yīng)力作為鋼材的屈服點，稱為條件屈服點（σ0.2）。一、金屬材料的常溫力學性能

（二）蠕變及高溫強度

蠕變—在高溫和一定應(yīng)力作用下，材料的塑性變形隨時間逐漸增加的現(xiàn)象；蠕變在一定溫度時才出現(xiàn)，和材料熔點有關(guān)，蠕變溫度約為熔點的25-35%。碳鋼—350度，合金鋼—400度。塑料—常溫也會。蠕變壽命—材料開始蠕變至蠕變破壞所持續(xù)的時間。對于鍋爐壓力容器材料，常稱：高溫—材料開始出現(xiàn)明顯蠕變現(xiàn)象；中溫—未引起明顯蠕變的100-350度；

熱強度（高溫強度）—鋼材抵抗蠕變破壞能力。

蠕變的快慢取決于材質(zhì)、載荷、溫度。一、金屬材料的常溫力學性能

（二）蠕變及高溫強度σD：持久強度—在一定溫度下，經(jīng)過規(guī)定工作期限（我國為1*105h）引起蠕變破壞的應(yīng)力；σn：蠕變極限—在一定溫度下，經(jīng)過規(guī)定工作期限（我國為1*105h）引起蠕變變形（1%）的應(yīng)力；松弛—特定情況下的蠕變現(xiàn)象，如螺栓；彈形變形轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃?，本來拉緊的螺栓或彈簧產(chǎn)生了松弛。一、金屬材料的常溫力學性能長期高溫時的鋼材組織變化碳鋼是指--含碳量在0.02---2.06%的鐵碳合金。純鐵--含碳量小于0.02%；鑄鐵--含碳量大于2.06%。含碳量不同的碳鋼，在不同溫度下，形成不同的組織，其基本組織包括：1、鐵素體：碳溶于α鐵中形成的固容體，純鐵在910度以下呈體心立方晶格。碳在α鐵中溶解度極小（在室溫下小于0.006%），因而鐵素體的組織和性能與純鐵相似；一、金屬材料的常溫力學性能長期高溫時的鋼材組織變化2、奧氏體：碳溶于γ鐵中形成的固容體（純鐵在910-1390度呈面心立方晶格）。碳在γ鐵中溶解度較大，在723度時為0.8%，到1147度為2.06%），因γ鐵為高溫組織，合金小于723度，奧氏體不存在。3、滲碳體：指鐵和碳形成Fe3C。碳鋼中的碳除極少數(shù)溶解于鐵素體中以外，絕大多數(shù)與鐵形成Fe3C，所以含碳量越多，滲碳體越多。4、珠光體：指鐵素體和滲碳體所形成的機械混合物。在珠光體中，指鐵素體與滲碳體呈片狀分布，緊密結(jié)合，平均含碳量約為0.8%。當超過0.8%時，其組織全部是珠光體。一、金屬材料的常溫力學性能長期高溫時的鋼材組織變化

常溫下，鋼材的金相組織是穩(wěn)定的，除非荷腐蝕介質(zhì)接觸；高溫下，鋼材中原子的擴散能力增加，這種內(nèi)部原子擴散作用—可能導致鋼材組織的各種變化。長期—對鍋爐壓力容器通常指數(shù)萬小時，即和其工作期限可以比較的期限。鋼材的較為危險的組織變化是珠光體球化和石墨化。

一、金屬材料的常溫力學性能長期高溫時的鋼材組織變化

（一）珠光體球化在高溫原子擴散能力強的條件下，片狀滲碳體會逐漸轉(zhuǎn)化為球體，同時由于大球體比小球體有更小的表面能，隨著高溫作用時間的加長，小球體又聚攏成大球體，這種現(xiàn)象稱珠光體球化。珠光體球化---降低鋼材的常溫強度，明顯加快--蠕變速度，降低持久強度—約降低40-50%。對鋼材作正火加回火的熱處理，即使回火溫度高于鋼材工作溫度100度以上，可以得到比較穩(wěn)定的珠光體組織，在使用期限中不至于發(fā)生嚴重的的球化。一、金屬材料的常溫力學性能長期高溫時的鋼材組織變化

（二）石墨化—鋼材中的滲碳體在高溫作用下自行分解成石墨和鐵的現(xiàn)象。Fe3C-----Fe+C（石墨）；

分解出的石墨呈點狀分布在晶界上，石墨的強度、塑性和韌性都很差，點狀的石墨相當于點穴在鐵素體中。根據(jù)鋼中石墨化的發(fā)展程度，分為四級：（P106）

一級—輕度石墨化，其游離碳約為鋼材總含碳量的20%左右；

二級—明顯石墨化，其游離碳約為鋼材總含碳量的40%左右；

三級—嚴重石墨化，其游離碳約為鋼材總含碳量的60%左右；

四級—很嚴重（危險的）石墨化，其游離碳約為鋼材總含碳量大于60%。一、金屬材料的常溫力學性能長期高溫時的鋼材組織變化

（二）石墨化—鋼材中的滲碳體在高溫作用下自行分解成石墨和鐵的現(xiàn)象。鉻（Cr）能有效阻止石墨化現(xiàn)象發(fā)生，因Cr和C能生成穩(wěn)定的化合物；硅、鋁能加快石墨化的速度，冶煉中應(yīng)嚴格控制脫氧鋁的加入。添加元素就是為了改善鋼材的性能。加入較多的鉻（Cr）、鉬或再加上少量的鎢、釩、鈦、硼--提高鋼材的熱強性（足夠高的持久強度合良好的抗氧化性能）；

一、金屬材料的常溫力學性能長期高溫時的鋼材組織變化

（二）石墨化—鋼材中的滲碳體在高溫作用下自行分解成石墨和鐵的現(xiàn)象。加入較多的鉻（Cr）、鎳—大大增強鋼材的耐蝕性---不銹鋼。錳、鎳、鉻—可以改善鋼在低溫下的韌性，降低他的韌—脆性轉(zhuǎn)變溫度或無塑性溫度，所以在低溫容器用鋼中，加入這些元素。中強度鋼--錳、鉬和少量的釩、硼；高強度鋼—較多的鉻、錳、鉬或鎳。三、鋼材的脆性與脆化

脆性：是指在因工作條件（特別是工作溫度）的變化而造成的鋼材韌性的降低，是外部原因造成的鋼材性能變化，金相組織通常不發(fā)生變化。一旦導致脆性產(chǎn)生的外部原因消失，鋼材的脆性也消失，恢復原來的韌性。

脆化：是指鋼材組織變化而造成的韌性降低，是一種更危險的脆性。往往是鋼材組織在外部條件長期作用下形成的，即使外部條件消失，也很難恢復原有的組織、原有的韌性。

三、鋼材的脆性與脆化脆性和脆化是難以嚴格區(qū)別的。通常將冷脆、藍脆及應(yīng)變時效、紅脆、熱脆、回火脆性等看作鋼材的脆性。而將石墨化、苛性脆化、氫脆、熱疲勞等歸于鋼材的脆化。

（一）冷脆性低碳鋼和低碳低合金鋼（α體組織），當溫度低到一定溫度下，韌性明顯下降，材料突然變脆的現(xiàn)象。防范、避免冷脆破壞—通過實驗找到“韌脆轉(zhuǎn)變溫度”—不是一個具體的溫度值，一個小的溫度區(qū)間。韌脆轉(zhuǎn)變溫度的影響因素：同一材料，熱處理狀態(tài)、晶粒度、內(nèi)部缺陷尖銳程度及板厚都有影響?？蛇M行溫度沖擊試驗三、鋼材的脆性與脆化（二）籃脆性和應(yīng)變時效

藍脆性：碳鋼在200-250時抗拉強度增加、而塑性下降的現(xiàn)象。應(yīng)變時效：鍋爐壓力容器制造或修理中出現(xiàn)的一種現(xiàn)象。鋼材承受冷加工產(chǎn)生的塑性變形后，如果在室溫長期放置，或在較室溫高的溫度下短期放置，其強度上升，塑性下降，沖擊韌性顯著下降的現(xiàn)象。鋼材的藍脆性和應(yīng)變時效是一致的，某種鋼材藍脆性程度嚴重，則冷加工后的應(yīng)變時效也嚴重。鋼材的藍脆性和應(yīng)變時效依靠冶煉過程進行控制。鍋爐鋼材標準中常對應(yīng)變時效后沖擊值作出規(guī)定三、鋼材的脆性與脆化（三）苛性脆性

苛性脆性—一種特殊的電化學腐蝕，屬于應(yīng)力腐蝕。蒸汽鍋爐的損壞常由于堿的脆化作用所致（往往在應(yīng)力集中處）--晶間腐蝕。對于碳鋼，堿液濃度在10%-75%之間容易發(fā)生裂紋（在1%也會發(fā)生裂紋）。堿引起的應(yīng)力腐蝕裂紋在330以上高溫，裂紋生長速度加快。但在降到30度以下時，裂紋不會生長。

三、鋼材的脆性與脆化（三）苛性脆性

苛性脆化應(yīng)具備兩個條件：1、局部應(yīng)力達到或超過材料的屈服點；--在接管邊緣、焊縫等。2、一定的游離堿。GB1576《低壓鍋爐水質(zhì)》規(guī)定了：鍋水的相對堿度小于20%[NaOH/鍋水中溶解固形物（或含鹽量）<0.2]。鍋水中加入硝酸鈉可防止苛性脆性的產(chǎn)生。三、鋼材的脆性與脆化（四）氫脆

氫脆：氫在鋼中富集導致鋼材脆化的現(xiàn)象。氫擴散到金屬內(nèi)部，使金屬材料發(fā)生脆化的現(xiàn)象

根據(jù)氫脆的程度分：可逆氫脆和不可逆氫脆。高溫高壓—H2—鋼表面分解為H原子---經(jīng)化學吸附透過金屬表面固溶體（降溫后呈飽和狀態(tài)）---殘留在鋼材內(nèi)部（位錯處）--對位錯起釘孔作用—使滑移難以進行—呈現(xiàn)脆性?；騂原子—在鋼材內(nèi)部空隙處結(jié)合H2—隨著聚集增多—形成很高的內(nèi)應(yīng)力—形成脆性。三、鋼材的脆性與脆化（四）氫脆氫脆具有可逆性：在未脆斷前在100-150度間適當進行熱處理，保溫24小時可消除脆性。氫脆不同于應(yīng)力腐蝕，無須腐蝕環(huán)境，常溫下也能發(fā)生氫脆。

不可逆氫脆或氫腐蝕：4H+FeC----CH4+3Fe

CH4比H2更難擴散，和H2一起產(chǎn)生更大的內(nèi)部應(yīng)力，破壞內(nèi)部組織，產(chǎn)生永久變形。不可逆氫脆或氫腐蝕。合金鋼碳含量組織狀況對氫脆有很大影響：氫脆開列程度：三、鋼材的脆性與脆化（四）氫脆

奧氏體＞500度奧氏體＞粗層珠光體＞細層珠光體＞球狀珠光體。

合金強度級別越高，氫脆敏感性越大。內(nèi)部氫脆：鋼在冶煉、鍛造、焊接、熱處理、電鍍和酸洗等過程中溶解或吸收的氫脆。外部氫脆：在使用中接觸含氫介質(zhì)并在一定條件下吸收氫而導致的氫脆。焊接—附近金屬表面的油污等—高溫下分解H2—溶于焊縫金屬中。---因此焊接時需清除油污。鍋爐中：2H2O+3Fe-----（＞400度）---Fe3O4+8H。蒸汽腐蝕產(chǎn)生的氫原子如不能及時帶走--。鍋水中O2、CO2。四、鋼材的腐蝕

化學腐蝕：鋼材和介質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)；

電化學腐蝕：如果化學腐蝕伴隨局部電流現(xiàn)象。

（一）氧腐蝕（吸氧腐蝕）陽極：2Fe-4e----2Fe2+；陰極： O2+2H2O+4e----4OH-；

（二）析氫腐蝕CO2+2H2O----H2CO3---H++HCO3-陽極：Fe-2e----Fe2+；陰極： 2H++2e----2H2；四、鋼材的腐蝕（三）鍋爐煙氣側(cè)的低溫硫腐蝕燃料中的硫—燃燒后形成大部分SO2，少量的SO3；SO3盡管少，但可顯著提高煙氣的露點溫度---硫酸露。常發(fā)生在省煤器、空氣預熱器及除塵器中。措施：燃料脫硫，改善燃燒，減少SO3的生成。

（四）泄漏潮濕部位的大氣腐蝕空氣中O2、CO2。

（五）壓力容器在特定介質(zhì)作用下的腐蝕五、對鍋爐壓力容器用鋼的要求（一）冶金質(zhì)量《鋼制壓力容器》(GB150-1998)規(guī)定，壓力容器受壓元件用鋼應(yīng)為平爐、電爐或氧化爐，鋼材含碳量不大于0.25%；為了減少熱脆和冷脆傾向，鋼材中硫、磷的含量應(yīng)予控制；具有良好的低倍組織和表面質(zhì)量，分層、疏松、非金屬夾雜物、氣孔等缺陷應(yīng)盡可能少，不允許有裂紋和白點。五、對鍋爐壓力容器用鋼的要求（二）力學性能

應(yīng)具有適當?shù)膹姸龋ㄖ饕侵盖姸群涂估瓘姸龋?，以防止在承受壓力時發(fā)生塑性變形甚至斷裂。對于鍋爐和中、高溫壓力容器，還應(yīng)考慮材料的抗蠕變性能，測定材料的高溫性能指標，即蠕變極限和持久強度。具有良好的塑性和韌性，塑性變形能緩和應(yīng)力集中，其次良好的塑形也是加工工藝的需要。操作溫度或環(huán)境溫度較低的壓力容器，更應(yīng)考慮材料的沖擊韌性值，并對材料進行操作溫度下的沖擊試驗，以防止容器在運行中發(fā)生脆性破裂。五、對鍋爐壓力容器用鋼的要求（三）具有良好的工藝性能。鍋爐、壓力容器的承壓部件，大都是用鋼板滾卷或沖壓成形的。

要求材料有良好的冷塑性變形能力，在加工時容易成形且不會產(chǎn)生裂紋等缺陷。制造鍋爐、壓力容器的材料應(yīng)具有較好的可焊性，以保證材料在規(guī)定的焊接工藝條件下獲得質(zhì)量優(yōu)良的焊接接頭?？珊感耘c鋼材中碳含量有關(guān)。

Cd＜0.4%,可焊性好，焊接時可不預熱，0.4%≤Cd≤0.6%，淬硬傾向增大，焊接時需預熱，當Cd＞0.6%,可焊差，需預熱和嚴格工藝措施。要求材料具有適宜的熱處理性能，容易消除加工過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，而且對焊后熱處理裂紋不敏感。五、對鍋爐壓力容器用鋼的要求（四）具有良好的耐腐蝕性能和抗氧化性能。

設(shè)計壓力容器時，必須根據(jù)其使用條件，選擇適當?shù)哪透g鋼材。腐蝕速率＜0.1mm/a，為耐蝕；在0.1~1mm/a，為耐蝕可用；＞1mm/a，為不耐蝕鋼（不可用）。常見腐蝕現(xiàn)象：點腐蝕、深坑腐蝕、晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕（危險性最大）

腐蝕不但和介質(zhì)有關(guān)還和溫度、壓力等因素有關(guān)。氫在常溫、低壓下無腐蝕，在高溫高壓下則產(chǎn)生氫腐蝕。干燥的氯氣對鋼不腐蝕，含水則腐蝕大。因此應(yīng)綜合考慮。六、鍋爐壓力容器常用鋼材應(yīng)根據(jù)壓力、溫度、介質(zhì)特性選擇鋼材。1、碳素鋼，含碳量小于1.35%。如20號鋼，30，40，45，等是含碳量的0.2%,0.3%,0.4%,0.45%等相近值，常用的20，30，45，60等，號越小鋼硬度越小，強度越小，韌性越好。反之脆性大，強度高，硬度高。2、低合金鋼3、高合金鋼4、熱強鋼5、低溫用鋼第3節(jié)筒體與封頭強度設(shè)計

一、主要設(shè)計參數(shù)⒈工作壓力：也稱操作壓力，是指容器頂部在正常工作過程中可能產(chǎn)生的表壓力；2.最高工作壓力：工作過程中可能出現(xiàn)的最大表壓力（不包含液柱壓力）3.設(shè)計壓力：是指在相應(yīng)設(shè)計溫度下用以確定容器殼壁計算壁厚及其元件尺寸的壓力，不得小于最高工作壓力。對于工作壓力小于0.1MPa，設(shè)計壓力取0.1MPa4.計算壓力：指在相應(yīng)設(shè)計溫度下用以確定元件厚度的壓力，包括液柱靜壓力（小于5%設(shè)計壓力，忽略不計）。設(shè)計壓力是確定殼體厚度的壓力（考慮一定的安全裕量或考慮安全泄壓因素，只有一個）。計算壓力是具體受壓元件的計算參考，一臺設(shè)備的多個元件可能有各自的計算壓力。壓力容器計算壓力為最大工作壓力的1.0-1,1。鍋爐計算壓力取p=ps+Δpps-工作壓力，Δp見表4-1。一、主要設(shè)計參數(shù)5.工作溫度：在正常工作情況下，其部件達到的最高溫度。6.設(shè)計溫度：用于確定殼體厚度的溫度（計算壁溫）。在正常操作時，在相應(yīng)的設(shè)計壓力下，殼壁或元件金屬可能達到的最高或最低溫度。當殼壁或元件金屬的溫度低于-20，按最低溫度確定設(shè)計溫度，除此以外，按最高溫度確定設(shè)計溫度。鍋爐各元件計算壁溫見p110，表4-24-34-4.（二）安全系數(shù)與許用應(yīng)力材料許用應(yīng)力是指在進行強度計算時實際材料所允許采用的最高應(yīng)力，是以材料的極限應(yīng)力為依據(jù)，除以合理的安全系數(shù)得到。

材料許用應(yīng)力[σ]一般由：σb/nb；σs/ns；σb---常溫下抗拉強度；σs---常溫或工作溫度下的屈服點σs；當材料在高溫工作時，還需考慮材料高溫性能指標---持久強度σD，蠕變極限σn。?。害襜/nb；σs/ns；σD/nD；σn/nn；最小值。中低壓容器所用材料的安全系數(shù)見表4-4.一、主要設(shè)計參數(shù)（三）減弱系數(shù)1、焊縫減弱系數(shù)φ：焊縫中可能存在的缺陷對結(jié)構(gòu)原有強度消弱的程度，其大小取決于施焊質(zhì)量和無損檢測情況。見p113表4-5、4-6、4-72、孔橋減弱系數(shù)：一、主要設(shè)計參數(shù)一、主要設(shè)計參數(shù)1）兩孔節(jié)距≥t0，兩孔的附加應(yīng)力互不影響，這樣的孔稱為單孔，按單孔補強方式補強。2）兩孔節(jié)距＜t0，表明兩孔周圍高應(yīng)力區(qū)相互重疊。這樣的孔稱為孔橋。包括：橫向孔橋、縱向孔橋和斜向孔橋。一、主要設(shè)計參數(shù)一、主要設(shè)計參數(shù)一、主要設(shè)計參數(shù)一、主要設(shè)計參數(shù)（四）附加厚度1、鋼板（管）負偏差：鋼板（管）存在一定的負偏差，負偏差會帶來鋼板（管）的事實減薄。見表4-8.2、腐蝕裕度C2：Y由介質(zhì)對材料的均勻腐蝕速率與容器的設(shè)計壽命決定。

C2=ksB，ks-腐蝕速率(mm/s),B-設(shè)計壽命，通常為10-15年

當ks為0.05-0.1mm/a，單面腐蝕C2=1-2mm，雙目腐蝕C2=2-4mm當ks＜0.05mm/a，單面腐蝕C2=1mm，雙目腐蝕C2=2mm當介質(zhì)對鋼材的腐蝕極輕微時可以取C2=0一、主要設(shè)計參數(shù)（四）附加厚度3、加工減薄量C3：根據(jù)部件的加工工藝條件，制造單位依據(jù)加工工藝和加工能力自行選取，見表4-9.鋼制容器設(shè)計圖樣注明的厚度不包括加工減薄量。一、主要設(shè)計參數(shù)（五）厚度1、計算厚度(δ)：按強度理論計算公式計算得到的厚度。2、設(shè)計厚度(δd)：計算厚度與腐蝕裕量C2之和。3、名義厚度(δn)：設(shè)計厚度加上鋼材厚度負偏差C1后向上圓整至鋼材標準規(guī)格的厚度，標注在圖樣上的厚度。4、有效厚度(δe)：名義厚度減去鋼材負偏差和腐蝕裕量C2的厚度。見p117圖4-8二、內(nèi)壓筒體與封頭設(shè)計（一）圓筒與球殼強度設(shè)計1、圓筒：二、內(nèi)壓筒體與封頭設(shè)計（一）圓筒與球殼強度設(shè)計2、球殼：二、內(nèi)壓筒體與封頭設(shè)計（一）圓筒與球殼強度設(shè)計3、橢球形封頭強度設(shè)計：二、內(nèi)壓筒體與封頭設(shè)計分無折邊錐形封頭和有折邊錐形封頭薄膜應(yīng)力隨著r的增大而增加，在錐底處應(yīng)力最大，而在錐頂處應(yīng)力為零；因此如果在錐體上開孔，應(yīng)開在錐頂處；薄膜應(yīng)力隨著錐角的增大而增大。二、內(nèi)壓筒體與封頭設(shè)計二、內(nèi)壓筒體與封頭設(shè)計以無折邊錐形封頭為例：1）按不加強時計算封頭大端的計算壁厚2）判斷大端是否需要加強。見圖4-10，在上面無需補強

在曲線下面則需補強，查圖4-11得，增強系數(shù)Q，此時大端的增強計算厚度。二、內(nèi)壓筒體與封頭設(shè)計3）按不加強時計算封頭小端的計算壁厚4）判斷小端是否需要加強。見圖4-12，在上面無需補強

在曲線下面則需補強，查圖4-13得，增強系數(shù)Q，此時小端的增強計算厚度。5）取最大值。第4節(jié)開孔補強

一、鍋爐壓力容器開孔與安全

（一）

開孔種類開孔是鍋爐壓力容器工作的需要，各種結(jié)構(gòu)的鍋爐壓力容器，均有數(shù)量不等、大小不同、用處各異的開孔，通常鍋爐殼體上的開孔更多一些。從結(jié)構(gòu)上說，鍋爐壓力容器上的開孔可分為兩大類：

1、管孔

即以管子或管道連接的開孔，連接方式有焊接和脹接兩種。管孔又可分為：

1）工藝管孔

供介質(zhì)流動和進出設(shè)備的開孔，是鍋爐壓力容器上的主要開孔。

2）附件儀表訊號管孔

供顯示和調(diào)整介質(zhì)狀態(tài)參數(shù)之用。

一、鍋爐壓力容器開孔與安全

2、門孔

即各種檢查孔，是以蓋板（孔蓋）封蓋的開孔，一般孔徑較大，開孔數(shù)量較少。常見的有：

1）入孔：在大直徑封閉殼體制造、檢驗、修理時，供人進入施工或檢查之用。有圓形和橢圓形兩種，尺寸較大，尺寸和結(jié)構(gòu)均已標準化。

2）頭孔：在直徑較小的鍋爐鍋筒或鍋殼上，需開設(shè)頭孔，供檢驗檢查時人員伸入頭部探視。

3）手孔：在鍋爐集箱、下腳圈等小尺寸受壓部件及小型壓力容器上，需開設(shè)手孔，供檢驗檢查時人員伸手進入，觸摸表面情況及清理污物。有圓形和橢圓形兩種。

4）其他檢查孔、觀察孔及清洗孔

根據(jù)設(shè)備工作或維護需要酌情開設(shè)。

一、鍋爐壓力容器開孔與安全

（二）

開孔對強度的影響

開孔是減弱殼體強度（承壓能力）的主要因素之一。開孔不僅沿整個殼體厚度挖去了面積大小不等的承載金屬，減小了殼體的承載面積，而且破壞了結(jié)構(gòu)的連續(xù)，從而造成開孔邊緣區(qū)域的應(yīng)力增大和強度降低。開孔最大或最密的部位往往是整個殼體強度最低的部位，而強度最低部位的承壓能力即代表整個殼體的承壓能力。

一、鍋爐壓力容器開孔與安全

（二）

開孔對強度的影響

開孔越大，孔邊應(yīng)力集中越嚴重，對容器強度的減弱越厲害。經(jīng)?？梢钥吹?，開孔殼體的承壓能力比未開孔同厚度殼體的承壓能力降低一半甚至更多。

設(shè)計制造時，對開孔造成的強度降低必須進行彌補。

對大面積上的密集孔排，用增大整個殼體厚度的方式進行整體補強；

對大口徑的稀疏開孔，用在開孔邊緣添加金屬的方式進行開孔補強。

二、不需補強的最大直徑

開孔越大，孔邊應(yīng)力集中越嚴重，對容器強度的減弱越厲害。容器厚度設(shè)計有一定安全裕量，因此根據(jù)安全裕量，在一定孔徑范圍內(nèi)，開孔減弱正好由厚度裕量補償，則不需要補強。P127，列出無需補強的基本原則。

單孔無需補強的經(jīng)驗公式（最大不能超過200mm)：三、補強的有關(guān)要求（一）有效補強范圍

強度消弱和應(yīng)力集中都在開孔邊緣的一定范圍內(nèi)，因此補強也應(yīng)在一定范圍內(nèi)有效。1）有效寬度，取二者較大值2）有效高度，取較小值三、補強的有關(guān)要求（二）等面積補強原則

在過殼體軸線及開孔中心線的縱截面中，在有效補強范圍內(nèi)，殼體及補強結(jié)構(gòu)除了自身承受內(nèi)壓所需的面積外，多余的富裕金屬面積（Ae）應(yīng)不小于筒體因開孔所減少的承受基本膜應(yīng)力面積（A），即：

Ae≥A三、補強的有關(guān)要求（三）開孔所需補強面積（A）

1）圓筒和球體

2）錐殼開孔補強面積，采用上式計算時，δ取開孔中心處殼內(nèi)直徑確定的錐殼厚度。3）橢球開孔補強面積，采用上式計算。

三、補強的有關(guān)要求四、補強面積（Ae）Ae=A1+A2+A3A1-殼體有效厚度減去計算厚度之外的多余面積。A2-接管有效厚度減去計算厚度之外的多余面積A3-焊縫金屬截面積若Ae＜A，需要補強，補強材料已報需與殼體材料相同。A4=A-Ae五、補強形式與結(jié)構(gòu)1、整體補強五、補強形式與結(jié)構(gòu)2、補強圈補強遵循規(guī)定：鋼材的標準抗拉強度Rm＜540MPa；補強圈厚度≤1.5δn；名義厚度δn≤38mm。

若條件許可，推薦以厚壁接管代替補強圈進行補強；補強圈的結(jié)構(gòu)尺寸見JB/T4736-2002或HG21506-1992六、補強面積分布1）等面積補強是一種近似方法，計算簡單，能夠保證殼體開孔及接管的安全；2）根據(jù)開孔周圍峰值應(yīng)力衰減特征，即使在補強范圍內(nèi)富裕面積，對補強的貢獻是不一致的；3）當δ/δe=0.5(計算厚度/有效厚度)時；按等面積補強考慮不合理。即，不論開多大孔，筒體本身多余面積足以補償，不合理，這是因為沒有考慮Ae在有效補強范圍內(nèi)的分布

。沒考慮Ae的實際補強效果。第5節(jié)鍋爐壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全問題一、結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)遵循的原則1、結(jié)構(gòu)不連續(xù)處平滑過渡幾何形狀突變或其它結(jié)構(gòu)不連續(xù)，都會產(chǎn)生較高的不連續(xù)應(yīng)力。應(yīng)采用平滑過渡形式，防止突變。

2、引起應(yīng)力集中或消弱強度的結(jié)構(gòu)相互錯開

結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)力集中的部位，如開孔、轉(zhuǎn)角、焊縫等，設(shè)計時應(yīng)相互錯開，防止應(yīng)力疊加。3、避免采用剛性過大的焊接結(jié)構(gòu)剛性大得焊接結(jié)構(gòu)不僅會使焊接構(gòu)件因施焊時的膨脹收縮受到約束而產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力，而且使殼體在操作條件波動時的變形受到約束而產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力。應(yīng)采取措施予以避免。一、結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)遵循的原則4、受熱系統(tǒng)及部件的脹縮不要受到限制

5、合理地布置鍋爐受熱面，保證適當?shù)乃缓土己玫乃h(huán)，使受熱面得到可靠冷卻。

6、對鍋爐壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計的其他要求1）各部件在運行時能按設(shè)計預定方向自由膨脹；2）受壓部件應(yīng)有足夠的強度，剛度、穩(wěn)定性及防腐蝕性。并有可靠的安全保護設(shè)施，防止超壓；

二、對封頭及法蘭結(jié)構(gòu)的要求

結(jié)構(gòu)形狀和尺寸

不同形狀的結(jié)構(gòu)承受同樣壓力后，其壁面內(nèi)應(yīng)力的大小和分布不同。在其他條件相同時，球殼受壓后應(yīng)力最小，分布最均勻。因而球殼強度最好，圓筒殼、橢球殼較好，而平封頭較差。1）橢球封頭：由于橢球環(huán)向應(yīng)力為壓應(yīng)力，為了使這部分殼體不至于失穩(wěn)，對于標準橢圓封頭，規(guī)定其有效厚度≥封頭內(nèi)直徑的0.15%，其它橢圓封頭有效厚度≥封頭內(nèi)直徑的0.30%。2）球形封頭：受力情況最好，但成型困難，焊縫較多，一般較少采用。二、對封頭及法蘭結(jié)構(gòu)的要求

3）蝶形封頭：其球面部分與過渡區(qū)、過渡區(qū)與直邊段得曲率半徑不同，造成結(jié)構(gòu)不連續(xù)，會引起連接處得局部高應(yīng)力，因此規(guī)定：蝶形封頭球面部分直徑小于筒體內(nèi)徑，取0.9倍筒體內(nèi)徑，轉(zhuǎn)角內(nèi)半徑應(yīng)≥筒體內(nèi)徑的10%。4）錐形封頭：分無折邊錐形封頭和有折邊錐形封頭

對錐體大端：當α≤30。時，可以采用無折邊結(jié)構(gòu)，否則應(yīng)采用帶過渡段折邊結(jié)構(gòu)。對錐體小端：當α≤45。時，可以采用無折邊結(jié)構(gòu)，否則應(yīng)采用帶過渡段折邊結(jié)構(gòu)。對α＞60。時，其厚度可按平蓋計算，也可用應(yīng)力分析確定。二、對封頭及法蘭結(jié)構(gòu)的要求

5）平蓋：結(jié)構(gòu)最簡單，受力情況最差，在相同受壓條件下，平蓋的厚度比其它結(jié)構(gòu)厚的多。在壓力不高、直徑小得容器，采用平板封頭比較經(jīng)濟簡便；高壓容器中，平板封頭使用很普遍，這是因為圓筒形高壓容器，內(nèi)徑小，厚度大，使用凸形封頭制造困難。低壓容器中，人孔、手孔等采用平板結(jié)構(gòu)。6）凸形封頭的拼接：用多塊扇形板組拼的凸形封頭需采用中心圓板，中心圓板的直徑應(yīng)不小于封頭直徑的1/2.二、對封頭及法蘭結(jié)構(gòu)的要求

2、對法蘭的要求

是一種可拆卸結(jié)構(gòu)，實際應(yīng)用中，由于法蘭密封不良而造成泄漏現(xiàn)象較為常見。常見密封結(jié)構(gòu)：平面、凹凸面、榫槽面和梯形槽等；

平面性，適用p≤2.5MPa,密封性差、結(jié)構(gòu)簡單、加工方便。

凹凸面，適用中壓及溫度較高的場合，密封性好，墊片易于對中，壓緊時能防止墊片被擠出。榫槽面,適用易燃、易爆和有毒介質(zhì)的密封，密封性能可靠，但更換墊片較困難。梯形槽，壓緊面通常和橢球墊和八角墊配合，形成較好的密封效果，此種結(jié)構(gòu)常在壓力p≥6.4MPa、溫度≥350℃時采用。

（三）開孔布置原則

開孔布置基本原則是避開焊縫轉(zhuǎn)角，盡量使之在殼體上分布均勻。

1.設(shè)備殼體（包括圓筒體和封頭）上所開的孔一般應(yīng)為圓形、橢圓形或長圓形。在殼體上開橢圓形或長圓形孔時，孔的長徑與短徑之比應(yīng)不大于2。

2.在圓筒體上開橢圓形或長圓形孔時，為了減小開孔對筒體強度的削弱，孔的短徑一般應(yīng)設(shè)在筒體的軸向。

3.殼體上的所有開孔宜避開焊縫。因為焊縫也是殼體上的薄弱環(huán)節(jié)，再在其上開孔將造成殼體強度的雙重減弱。三、對開孔的要求

（三）開孔布置原則

4.殼體上的開孔不允許布置在轉(zhuǎn)角處或不同形狀結(jié)構(gòu)的交接處。

5.殼體上的最大開孔孔徑應(yīng)不超過殼體內(nèi)徑的1／2（球形殼體、凸形封頭、內(nèi)徑≤1500毫米的圓筒）或1／3（錐形封頭、內(nèi)徑＞1500毫米的圓筒）。三、對開孔的要求

（四）門孔蓋板

鍋爐和工作介質(zhì)為高溫或有毒氣體的容器，為了避免介質(zhì)噴出傷人，承壓殼體的人孔蓋、頭孔蓋、手孔蓋均應(yīng)采用“內(nèi)閉式”，即由殼體內(nèi)封蓋在內(nèi)伸的孔圈上?？咨w是受壓元件之一，蓋的結(jié)構(gòu)應(yīng)保證密封墊圈不會被氣體吹出。

三、對開孔的要求

（五）使用中的注意事項

1.開孔部位是設(shè)備使用中檢查維護的重點，要防止開孔部位滲漏、腐蝕、開裂及產(chǎn)生其他缺陷。

2.鍋爐和受熱的壓力容器，在冷態(tài)旋緊的孔蓋螺栓，受熱后需帶壓繼續(xù)緊固時，應(yīng)按操作規(guī)程進行并采用有效的防護措施。作業(yè)人員應(yīng)經(jīng)培訓持證操作，并經(jīng)單位技術(shù)負責人批準。

3.鍋爐壓力容器停爐及停用后，需等內(nèi)部介質(zhì)壓力降低為0、溫度降低到70℃以下將介質(zhì)排放后，方可松動孔蓋螺栓開啟孔蓋。

4.在修理、改造鍋爐壓力容器時，不得隨便在受壓殼體上添加開孔。三、對開孔的要求

（六）快開門式壓力容器

快開門式壓力容器是裝置活動端蓋且活動端蓋可快速啟閉的壓力容器，壓力鍋就是快開門式壓力容器最簡單的實例。這類容器的端蓋可以快速啟閉，器內(nèi)物料可以快速裝卸，有利于提高生產(chǎn)效率?？扉_門一般較大，容器上可以不開人孔等檢查孔。

三、對開孔的要求

（六）快開門式壓力容器

但快開門蓋是在容器外部封蓋并鎖緊在容器端部的，對鎖緊和密封的要求很高。如設(shè)計、制造或使用不當，快開門蓋在承壓時飛脫，會造成非常嚴重的事故；由于頻繁啟閉門蓋，如果在器未完全卸壓時開蓋，或在門蓋未完全閉合及鎖緊時給容器加壓，都可能導致爆炸事故。

快開門式壓力容器應(yīng)設(shè)置能控制門蓋啟閉動作的安全聯(lián)鎖裝置，使之在門蓋未完全閉合之前，容器內(nèi)不能增壓；在容器內(nèi)壓力未完全泄放時，門蓋鎖緊裝置不能松開。

三、對開孔的要求四、對焊接結(jié)構(gòu)的要求1、焊接接頭形式，包括對接接頭、搭接接頭、角接接頭。對接焊縫是常用的接縫形式，接頭處母材受力較均勻，筒體縱焊縫、筒體與封頭的環(huán)向接頭，封頭和管板的拼接，須采用全焊透的對接形式。四、對焊接結(jié)構(gòu)的要求1、焊接接頭形式，包括對接接頭、搭接接頭、角接接頭。角焊縫：焊縫所連接的兩部分鋼板不在同一平面或曲面上。受力時應(yīng)力集中較嚴重，除拉伸、壓縮應(yīng)力外，還有剪切應(yīng)力和彎曲應(yīng)力。角焊縫是不可避免的。有些平管板、平封頭與筒體及爐膽的連接，管接頭與筒體等。四、對焊接結(jié)構(gòu)的要求2、等厚度鋼板的對接焊縫采用等厚度對接焊縫，有較小的殘余應(yīng)力。當厚度δ≤6mm時，可不開坡口1）單面開坡口形式，內(nèi)側(cè)無法施焊時，采用單面。當δ≤20mm時，當δ＞20mm時四、對焊接結(jié)構(gòu)的要求2）雙面開坡口形式，鋼板較厚時。20-40mm，采用V形坡口，30-60mm，采用U形坡口3）襯墊板的對接焊縫，為保證根部焊透，可采用此結(jié)構(gòu)。應(yīng)注意墊板和焊接材料的密合。焊后襯墊板應(yīng)設(shè)法除去。四、對焊接結(jié)構(gòu)的要求3、不等厚度鋼板的對接焊縫不等厚度鋼板對接焊縫，應(yīng)根據(jù)兩板間的厚度差異加工成不同形式的坡口結(jié)構(gòu)。第6節(jié)鍋爐壓力容器制造質(zhì)量控制一、鍋爐壓力容器制造的主要工序

（一）封頭成形和筒身卷制

1、備料1）放樣2）下料剪切下料沖壓落料：大多批量生產(chǎn)時。火焰切割。一、鍋爐壓力容器制造的主要工序

2、成形1）沖壓成形封頭整體沖壓成形，壓制封頭最好采用整塊鋼板。需要拼接時，焊縫布置應(yīng)符合有關(guān)標準。瓦片沖壓，低合金鋼制筒節(jié)，采用普通卷制成形困難，通常采用瓦片沖壓成形。瓣片沖壓，對大型封頭。2）卷制成形冷卷成形：為防止冷卷脆性破壞，可進行預熱，高強度合金鋼，可預熱到50-100℃。熱卷成形：對超過冷卷能力的厚板，到加熱鍛造溫度。熱卷減薄量和伸長量較大，氧化皮危害嚴重，使筒體3）旋壓成形，旋壓不受模具限制，可制作不同尺寸的封頭和筒體，沖壓大直徑封頭的起皺及翻邊，采用旋壓法均可解決。生產(chǎn)率低、誤差較大。一、鍋爐壓力容器制造的主要工序

（二）總裝1、坡口制備刨邊機加工坡口，用于不銹鋼、有色金屬、復合板的縱環(huán)焊縫以及允許冷卷成形的縱環(huán)焊縫坡口加工。加工厚度60-120mm。立式車床加工坡口，加工精度高。切割坡口，廣泛使用的經(jīng)濟的手段，割出的坡口需進一步打磨。2、裝配1）筒節(jié)縱縫裝配2）殼體環(huán)縫的組裝：環(huán)焊縫的組裝比縱焊縫困難，這是因為制造誤差造成周長不一致，圓度誤差。縱焊、環(huán)焊是制造過程中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。常用：埋弧自動焊、電渣焊（電流通過熔渣產(chǎn)生的電阻熱）。3）人孔、接管、支座等部件與殼體的組裝。一、鍋爐壓力容器制造的主要工序

3、焊接1）焊工資格，兩種資格，一種持證焊工：般鍋爐壓力容器施焊工，須按照《鍋爐壓力容器壓力管道焊工考試與管理規(guī)則》進行考試，合格后在規(guī)定范圍內(nèi)進行焊接作業(yè)。另一種是“焊工技能判定”，對特殊用途或類別的壓力容器，應(yīng)根據(jù)實際考核測試其操作項目的技能。對后一種，焊工考核合格后，需按規(guī)定的工藝規(guī)程進行焊接，在自己所焊的承壓部件上打鋼印，對焊接質(zhì)量負責。2）焊接工藝評定，指為所擬定的焊件工藝的正確性而進行的試驗過程及結(jié)果評價。主要程序：①擬定焊接工藝書，需列出所有需評定的重要因素及補加因素。②評定試板的焊接接頭檢驗和測試。按擬定焊接工藝書施焊，進行無損探傷后進行力學性能、冷彎及沖擊實驗。結(jié)果全部合格后，編寫《焊接工藝評定報告》③根據(jù)《焊接工藝評定報告》，制定《焊接工藝規(guī)程》。3）焊接工藝規(guī)程，全部焊接工藝參數(shù)說明，除直接影響力學性能的重要參數(shù)外，還應(yīng)規(guī)定影響焊縫質(zhì)量和外形的次要參數(shù)。包括：焊接方法，母材金屬類別及鋼號，厚度范圍，焊接材料種類、牌號、規(guī)格、預熱和后熱處理，熱處理方法和制度，焊接工藝電參數(shù)，接頭形式及坡口形式，操作技術(shù)和檢查方法及要求一、鍋爐壓力容器制造的主要工序

（三）無損檢測1、原材料無損檢測，外部缺陷有重皮、折疊、裂縫等。內(nèi)部缺陷有分層、夾層、層狀非金屬夾雜物等，用超聲波探頭在軋制面上探測。2、焊縫無損檢測。是在不損壞被檢查構(gòu)件的基礎(chǔ)上，用各種方法探測構(gòu)件的內(nèi)部或表面缺陷。主要焊接形式有：電弧焊、埋弧焊、電渣焊、氣體保護焊。

常見缺陷：氣孔、夾渣、裂紋、未焊透。

一、鍋爐壓力容器制造的主要工序

（三）無損檢測無損檢測方法：射線檢測：是檢查焊接接頭內(nèi)部缺陷的一種準確而可靠的方法。有：X射線（0.31-0.0006nm之間的電磁波）γ射線（0.113-0.0003nm，適用厚壁）超聲波檢測：振動頻率超過20kHz，不能為人耳聽到。通過發(fā)射—界面反射的方法。具有較高的靈敏度，尤其對裂紋。具有周期低、成本低、安全等優(yōu)點，但直觀性差、缺陷尺寸判斷不夠準確，要求人員技術(shù)水平高。磁粉檢測：將工件磁化，在工件內(nèi)部及周圍產(chǎn)生磁場，若存在缺陷，則該處空氣的磁阻大，缺陷處的磁力線就會彎曲繞行。滲透檢測：利用某些具有較強滲透性的滲透液，涂在工件被檢查表面，使之滲入工件表面的微小缺陷中，然后除去滲透液，再涂上吸附劑（顯示劑），一定時間后，滲入表層的滲透液被吸附出來，顯示出缺陷。、滲透液：煤油、變壓器油、松節(jié)油等，再加入紅色染料。吸附劑：MgO、ZnO等白色粉末。一、鍋爐壓力容器制造的主要工序

（四）熱處理：熱處理的目的：消除焊接殘余應(yīng)力、冷變形應(yīng)力和組裝的拘束應(yīng)力，軟化淬硬區(qū)，改善組織。就是靠金屬內(nèi)部蠕變把應(yīng)力釋放出來。熱處理通常是以回火（或低溫回火）的方式進行的，即將構(gòu)件加熱到某宜確定的穩(wěn)定，保溫一段時間，然后再爐內(nèi)冷卻。加熱溫度、保溫時間、升溫速度等，應(yīng)根據(jù)殼體材質(zhì)、壁厚決定。1、爐內(nèi)整體熱處理2、爐內(nèi)分段熱處理，較長得構(gòu)件，采用分段熱處理，外部應(yīng)用絕熱材料包裹，以控制縱向溫度梯度。也可各段整體熱處理后，再組裝，對局部環(huán)焊縫進行局部熱處理。3、焊縫局部熱處理，其保溫環(huán)帶寬度從環(huán)縫的最大寬度邊緣計算，每側(cè)應(yīng)不小于兩倍筒體壁厚，加熱帶以外的殼體延伸段應(yīng)采用保溫材料包裹。

二、焊接缺陷對安全的影響及質(zhì)量要求

（一）鍋爐壓力容器焊接結(jié)構(gòu)特點承壓部件的焊接接頭分為：A、B、C、D四類。不是按照重要性和受力大小排列的，只是類別符號。

二、焊接缺陷對安全的影響及質(zhì)量要求

（一）鍋爐壓力容器焊接結(jié)構(gòu)特點1、A類焊接接頭：圓筒部分的縱向接頭。凸形封頭的拼焊接頭、嵌入式接管與殼體的對接連接的接頭。應(yīng)采用雙面對接焊接接頭。

2、B類焊接接頭：圓筒部分的環(huán)向接頭。錐形封頭小端與接管連接接頭、長徑法蘭與接管連接。采用雙面對接焊接接頭。

3、C類焊接接頭：平蓋、管板與圓筒非對接連接接頭，法蘭與殼體、接管連接、內(nèi)封頭與圓筒搭接等。允許局部采用T形接頭。平封頭與圓筒等相連，由于工作應(yīng)力較高，應(yīng)采用全焊透T形接頭。

4、D類焊接接頭：接管、人孔、凸緣、補強圈等與殼體的接頭。其受力條件要比A、B類接頭復雜。

二、焊接缺陷對安全的影響及質(zhì)量要求

（二）焊接缺陷的種類

焊接過程—熱源產(chǎn)生高溫—將母材和填充金屬加熱--在局部發(fā)生熔化形成熔池—熱源移開—熔池溫度下降凝固結(jié)晶—形成焊縫—附近的母材也冷卻下來。由于焊接過程的熱力、物理、冶金等因素的作用，焊縫及鄰近母材的組織和性能發(fā)生一系列復雜變化。

焊接熱影響區(qū)：和焊縫坡口、焊接規(guī)范有關(guān)。從自動焊到電渣焊，這個寬度由2-3mm增大到25—30mm。

二、焊接缺陷對安全的影響及質(zhì)量要求

（二）焊接缺陷的種類不均勻加熱和冷卻、結(jié)構(gòu)本身及外加剛性約束作用，使焊接接頭區(qū)域存在組織和性能的不均勻性。性能的降低、附加應(yīng)力的殘留和缺陷的存在，是焊接區(qū)域結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)的三大因素。

焊接缺陷種類：裂紋、未焊縫和未熔合、孔穴、夾渣、形狀缺陷以及其他缺陷。見p143表4-11。

二、焊接缺陷對安全的影響及質(zhì)量要求

（三）焊接缺陷產(chǎn)生原因及預防措施1、形狀缺陷：

焊縫尺寸不符合要求：焊縫長度或?qū)挾炔粔?，焊波寬窄不齊，表面高低不平，焊腳兩邊不均，焊縫加強高度過低或過高等。主要原因：焊接坡口角度不當或裝配間隙不均勻，焊接規(guī)范選擇不當（如電流過大、過小，速度過快、過慢），操作不當?shù)龋ㄟ\條手法、焊條與工件夾角）。咬邊：焊縫邊緣母材上受電弧燒熔形成的凹槽。咬邊主要是焊接電流太大和移動焊條不當形成的。危害：母材金屬的工作截面減小，咬邊處應(yīng)力集中。

二、焊接缺陷對安全的影響及質(zhì)量要求

（三）焊接缺陷產(chǎn)生原因及預防措施1、形狀缺陷：焊瘤：熔化金屬流淌到焊縫以外未熔化的母材上所形成的局部未熔合。原因：焊接參數(shù)選擇不當；坡口清理不干凈，電弧熱損失在氧化皮上，使母材未熔化。危害：表面是焊瘤下面往往是未熔合，未焊透；焊縫幾何尺寸變化，應(yīng)力集中，管內(nèi)焊瘤減小管中介質(zhì)的流通界面計?；】樱汉缚p收尾處產(chǎn)生的下陷，產(chǎn)生的原因是熄弧時間過短或薄板焊接時使用電流過大。對埋弧自動焊，主要沒分兩步停止焊接，即先停送焊絲后切斷電源。危害：1）減少焊縫的截面積；2）弧坑處反應(yīng)不充分容易產(chǎn)生偏析或雜質(zhì)集聚，因此在弧坑處往往有氣孔、灰渣、裂紋等。

二、焊接缺陷對安全的影響及質(zhì)量要求

2、未熔合和未焊透；未熔合：焊縫金屬與母材之間及各層焊縫金屬之間彼此沒有完全熔合在一起。原因：⒈電流小、速度快、熱量不足；⒉坡口或焊道有氧化皮、熔渣等，一部分熱量損失在熔化雜物上，剩余熱量不足以熔化坡口或焊道金屬。⒊焊條或焊絲的擺動角度偏離正常位置，熔化金屬流動而覆蓋到電弧作用較弱的未熔化部分，容易產(chǎn)生未熔合。危害：因為間隙很小，可視為片狀缺陷，類似于裂紋。易造成應(yīng)力集中，是危險性較大的缺陷。未焊透：待焊兩部分母材之間未被電弧熱熔化而留下的空隙。發(fā)生在單面焊根部和雙面焊中部。原因：接頭坡口角度小，間隙過大或鈍邊過大，雙面焊時背面清根不徹底，焊接功率過小或焊速過快等。危害：工作面積減小，尖角易產(chǎn)生應(yīng)力集中，引起裂紋

二、焊接缺陷對安全的影響及質(zhì)量要求

3、氣孔和夾渣；氣孔：焊接熔池結(jié)晶時，在焊縫中形成的孔洞。

原因：⒈電弧保護不好，弧太長。⒉焊條或焊劑受潮，氣體保護介質(zhì)不純。⒊坡口清理不干凈。危害：從表面上看是減少了焊縫的工作截面；更危險的是和其他缺陷疊加造成貫穿性缺陷，破壞焊縫的致密性。連續(xù)氣孔則是結(jié)構(gòu)破壞的原因之一。夾渣：焊接熔渣殘留在焊縫中。易產(chǎn)生在坡口邊緣和每層焊道之間非圓滑過渡的部位，焊道形狀突變，存在深溝的部位也易產(chǎn)生夾渣。原因：⒈熔池溫度低（電流?。?，液態(tài)金屬黏度大，焊接速度大，凝固時熔渣來不及浮出；⒉運條不當，熔渣和鐵水分不清；⒊坡口形狀不規(guī)則，坡口太窄，不利于熔渣上??；⒋多層焊時熔渣清理不干凈。危害：較氣孔嚴重，因其幾何形狀不規(guī)則尖角、棱角對機體有割裂作用，應(yīng)力集中是裂紋的起源。

二、焊接缺陷對安全的影響及質(zhì)量要求

（三）焊接缺陷產(chǎn)生原因及預防措施4、裂紋：焊接中或焊接后在焊接接頭部位出現(xiàn)的局部破裂現(xiàn)象。

按產(chǎn)生部位：縱向裂紋、橫向裂紋、根部裂紋、弧坑裂紋、熱影響裂紋等。根部裂紋（焊縫底部和母材連接處），弧坑裂紋焊縫收尾時的下凹處。按產(chǎn)生的溫度和時間：熱裂紋、冷裂紋（延遲裂紋）、再熱裂紋。

二、焊接缺陷對安全的影響及質(zhì)量要求

1）冷裂紋，在A3以下溫度冷卻過程中或冷卻至室溫后產(chǎn)生的裂紋。通常是在300度以下溫度產(chǎn)生的裂紋。可能在數(shù)小時、數(shù)天、數(shù)周后甚至更長時間出現(xiàn)—也稱延遲裂紋，更具危險。在焊縫和熱影響區(qū)都可能出現(xiàn)。一般無分枝，為穿晶型裂紋。一般在低合金高強度鋼、中碳鋼、合金鋼等易淬火鋼時易產(chǎn)生。低碳鋼、奧氏體不銹鋼較少遇到。

冷裂紋產(chǎn)生需要三個條件：①焊接接頭形成淬硬組織；②擴散氫的存在和富集；③較大的焊接拉伸應(yīng)力。任何一個都可能是主要因素，又離不開其他兩個因素，許多情況下，氫是誘發(fā)冷裂紋的最活躍的因素。焊接過程中，焊縫中溶有較多氫—冷卻時，溶解度下降，一部分逸出—速度太快，一部分留在焊縫中—呈過飽和狀態(tài)—一部分結(jié)合為H2—另一部分向焊縫金屬和熱影響區(qū)擴散—由于在接頭焊接應(yīng)力作用下，在一些缺陷或缺口前沿會產(chǎn)生三向高應(yīng)力區(qū)，在應(yīng)力梯度驅(qū)使下，氫原子擴散到三向應(yīng)力區(qū)而富集起來—如果此處材料因產(chǎn)生淬硬組織而塑性下降，則氫的富集到臨界值—產(chǎn)生微裂紋，前沿裂紋受到限制（三向應(yīng)力區(qū)外材料的斷裂強度高）—前沿又產(chǎn)生新的三向應(yīng)力—氫富集。如此循環(huán)—形成宏觀裂紋。

二、焊接缺陷對安全的影響及質(zhì)量要求

1）冷裂紋，在A3(亞共析鋼)以下溫度冷卻過程中或冷卻至室溫后產(chǎn)生的裂紋。通常是在300度以下溫度產(chǎn)生的裂紋。防止措施：①選用優(yōu)質(zhì)的低氫焊接材料和低氫焊接工藝；②嚴格控制氫的來源，焊前烘干焊條、焊劑，注意環(huán)境溫度；③焊條中適當加入某些合金元素，提高焊縫金屬韌性；④焊后及時進行熱處理，以減小殘余應(yīng)力并及時擴散氫充分逸出；⑤裝配時避免錯邊，以降低焊接接頭的約束應(yīng)力。

二、焊接缺陷對安全的影響及質(zhì)量要求

2）熱裂紋：焊縫開始結(jié)晶凝固到相變之前這段溫度、時間。--高溫裂紋?？赡墚a(chǎn)生焊縫、熱影響區(qū)。一般沿晶間開裂，又稱晶間裂紋。當熱裂紋貫穿表面和空氣相通—表面呈氧化色彩（如藍灰色），有的充滿熔渣。

產(chǎn)生原因：熔池在結(jié)晶過程中存在偏析現(xiàn)象，偏析出的物質(zhì)多為低熔點共晶和雜質(zhì)，結(jié)晶過程中以液態(tài)間層存在---由于熔點低往往最后結(jié)晶凝固—凝固后強度也極低---冷卻凝固中，焊縫收縮變形受到周圍金屬限制，焊縫受到拉伸應(yīng)力，當拉伸應(yīng)力足夠大時，會將液態(tài)間層拉開或在其凝固不久拉斷—形成裂紋。在熱影響區(qū)，當溫度超過這些低熔點共晶和雜質(zhì)的熔點時，也會形成液態(tài)間層。防止措施：①限制焊接材料中偏析元素和有害雜質(zhì)（S、P、C等）的含量；②調(diào)整焊縫化學成分，改善一次結(jié)晶組織形態(tài)；③從焊接方法、熱輸入量、預熱或環(huán)境溫度、焊接順序等方面考慮。

二、焊接缺陷對安全的影響及質(zhì)量要求

3）再熱裂紋，指一些含有釩、鉻、鉬、硼等合金元素的低合金高強度鋼、耐熱鋼，經(jīng)受一次焊接熱循環(huán)后，在再次經(jīng)受加熱的過程中（如退火、多層多道焊接及高溫下工作）產(chǎn)生的裂紋，也稱消除應(yīng)力裂紋，經(jīng)常發(fā)生500度以上再加熱過程中。再熱裂紋產(chǎn)生于熱影響區(qū)的粗晶區(qū)，具有晶界斷裂的性質(zhì)，多發(fā)生應(yīng)力集中部位，一般認為和高溫蠕變有關(guān)。熱處理消除應(yīng)力，就是靠金屬內(nèi)部蠕變把應(yīng)力釋放出來，消除應(yīng)力的同時也產(chǎn)生一定塑性應(yīng)變，再加熱過程中過飽和固溶的碳化物（主要是釩、鉻、鉬等化合物）再次析出，造成晶內(nèi)強化，當晶界的塑性應(yīng)變能力不足以承受松弛應(yīng)力過程中產(chǎn)生的應(yīng)變時，就產(chǎn)生再熱裂紋。防止措施：①控制預熱溫度和焊接熱輸入量。預熱溫度為200～450℃，若焊后能及時后熱，可適當降低預熱溫度。例如，18MnMoNb鋼焊后在180℃熱處理2h，預熱溫度可降低至180℃。②應(yīng)用低強度焊縫,使焊縫強度低于母材以增高其塑性變形能力。③減少焊接應(yīng)力,合理地安排焊接順序、減少余高、避免咬邊及根部未焊透等缺陷以減少焊接應(yīng)力。

二、焊接缺陷對安全的影響及質(zhì)量要求

（四）焊接缺陷對安全的影響

咬邊、未焊透、氣孔、夾渣和焊縫凹陷等，--都是在焊縫或焊縫附近形成缺口，從兩方面影響殼體的安全。1、由于缺陷的存在，減少了焊縫的承載截面積，削弱了焊縫的靜力拉伸強度，嚴重時也會導致殼體的延性破壞。主要取決于缺陷的截面積，可以直接計算、比較和評價。2、最主要是由于缺口的存在改變了缺口周圍的受力條件，不利于材料的塑性變形，使之趨于或處于脆性狀態(tài)，同時還引起了缺口根部的應(yīng)力集中，易產(chǎn)生裂紋和使裂紋擴展，導致脆性破裂、疲勞破裂或應(yīng)力腐蝕破裂。構(gòu)件存在缺口而引起應(yīng)力的不均勻分布，其嚴重程度常用應(yīng)力集中系數(shù)來表示，等于截面上最大應(yīng)力與平均應(yīng)力之比。應(yīng)力集中系數(shù)的大小取決于缺口的尖銳程度。越尖銳，即曲率半徑越小，應(yīng)力集中系數(shù)越大。

二、焊接缺陷對安全的影響及質(zhì)量要求

（四）焊接缺陷對安全的影響1、焊縫凹陷：削弱了焊縫的靜載強度。曲率半徑較大、不會引起應(yīng)力集中。2、氣孔和夾渣：屬于體積型缺陷，減弱焊縫的承載面積。資料表明：氣孔率不大于7%，可以忽略其對靜載強度的影響。而由于氣孔、夾渣引起的應(yīng)力集中，氣孔率超過3%，疲勞強度將下降50%左右。3、未焊透：在焊縫中形成明顯的缺口，產(chǎn)生較為嚴重的應(yīng)力集中。試驗表明：未焊透厚度不超過20%時，應(yīng)力集中系數(shù)保持一個常數(shù)，約為4-5。超過20%較多時，應(yīng)力集中系數(shù)成線性關(guān)系。

4、咬邊：比較尖銳的一種缺口，應(yīng)力集中系數(shù)常大于3，僅次于裂紋。5、焊接裂紋：最尖銳的一種缺口，缺口根部的曲率半徑接近于零。殼體的脆性破裂事故有很多是由于焊接裂紋引起的。裂紋還會加劇疲勞破壞和應(yīng)力腐蝕破壞。裂紋是鍋爐壓力容器最危險的一種缺陷。

三、成形與組裝缺陷對安全的影響及質(zhì)量要求

加工成形與組裝過程的缺陷包括：凹凸不平、截面不圓、接縫錯邊和棱角等。當承受內(nèi)壓時會形成附加彎曲應(yīng)力、導致局部應(yīng)力過高。

1、（封頭）表面凹凸不平：主要是壓制成形時模具不適合或手工成形操作不當。影響取決于大小和深度。比較緩和的（直徑大、深度?。?，影響不大。焊縫過分加強（凸起）也會造成局部結(jié)構(gòu)的不連續(xù)，引起局部附加應(yīng)力（往往不被重視）。雖然不會影響焊縫的靜力強度，但卻顯著降低構(gòu)件的疲勞強度。封頭表面凹凸量應(yīng)符合表4-12。

三、成形與組裝缺陷對安全的影響及質(zhì)量要求

2、截面不圓：承受內(nèi)壓，由于有“趨圓”變形，在圓體內(nèi)要產(chǎn)生周向附加彎曲應(yīng)力，最大周向彎曲應(yīng)力產(chǎn)生在長徑部位，近似公式：同一截面上最大與最小直徑差e應(yīng)滿足：1）承受內(nèi)壓容器，e≤1%Di且e≤25mm；2）外壓和真空容器，e≤0.5%Di且e≤10mm；截面不圓是筒節(jié)、筒節(jié)與封頭接縫形成錯邊的原因之一。

3、接縫錯邊和棱角：

錯邊是指兩塊對接的鋼板沿厚度方向沒有對齊而產(chǎn)生的錯邊。棱角：指對接的板邊雖已對齊但兩塊對接鋼板的中心線不連續(xù)，形成一定角度。在幾何形狀缺陷中，錯邊和棱角是對安全影響最大的缺陷。A、B類焊接接頭對口錯邊量b應(yīng)符合表4-13規(guī)定。復合鋼板的對口錯邊量b不大于復合層得50%，且不大于2mm。容器接頭形成的棱角E≤(0.1S+2)mm,且≤4mm鍋筒縱向棱角E≤4mm。

四、對制造質(zhì)量的檢查與控制（一）焊接

（1）焊前技術(shù)準備及施焊條件：焊前應(yīng)按接頭編制焊接工藝規(guī)程。當施焊環(huán)境為下列之一時，須采取有效措施，否則應(yīng)停焊。氣體保護焊風速大于2m/s，其它焊接方式大于10m/s；相對濕度大于90%；焊接溫度低于-20℃，當焊條溫度低于0℃時，應(yīng)在初始焊處100mm范圍內(nèi)預熱到15℃。

（2）焊接工藝；焊接工藝評定；焊接工藝制定；（二）焊縫表面的形狀尺寸及外觀要求；（1）焊縫外觀質(zhì)量。（2）焊縫返修。焊縫同一部位返修次數(shù)不宜超過2次；若超過兩次，返修前應(yīng)經(jīng)廠技術(shù)總負責人批準，基本情況應(yīng)記入設(shè)備質(zhì)量證明書。

四、對制造質(zhì)量的檢查與控制（三）焊后熱處理（四）焊接試驗檢查，為檢查焊縫的力學性能而又不破壞焊縫，通常規(guī)定在焊接縱縫及環(huán)縫時，加焊專供檢查使用