文档介绍：压力容器制造工艺对钢材性能的影响
冷、热加工塑性变形
压力容器制造焊接组对焊接工艺
热处理(必要时) 热处理
研究冷或热压力加工造成的塑性变形、焊接工艺和热处理对钢材性能的影响。
塑性变形
材料在载荷下的变形:①弹性变形;②塑性变形或永久变形
材料在塑性变形中内部性能的变化:
①应变硬化;②热加工和冷加工★
③各向异性;④应变时效
一、应变硬化(见应力-应变曲线图)
从该曲线可以看到,从d 卸载后,d′g表示消失了的弹性变形,而od′表示不再消失的塑性变形。
卸载后,在短时间内再次加载,则应力应变关系按照dd′变化,到了d 以后,按照def变化。到d以前材料都是弹性的,以后才出现塑性变形。相当于形成了新的材料曲线。比较,可见在第2次加载时,其比例极限提高了,但塑性变形和延伸率却有所减低。表明在常温下把材料拉伸到塑性变形,然后卸载,当再次加载时,将使材料的比例极限提高,而塑性减低。这种现象称为应变硬化。(加工硬化、冷做硬化)——材料力学。
应变硬化经退火,可消失。
加工硬化可提高材料的抗变形能力,但塑性降低
二、冷加工和热加工
从金属学的观点来区分,冷、热加工的分界线是金属的再结晶温度。
热加工或热变形: 凡是在再结晶温度以上进行的塑性变形。
特点:热变形时加工硬化和再结晶现象同时出现,但加工硬化被再结晶消除,变形后具有再结晶组织,因而无加工硬化现象。
冷加工或冷变形: 在再结晶温度以下进行的塑性变形。
特点:冷变形中无再结晶出现,因而有加工硬化现象。由于冷变形时有加工硬化现象,塑性降低,每次的冷变形程度不宜过大,否则,变形金属将产生断裂破坏。
钢板冲压成各种封头后,由于塑性变形,厚度会发生变化。例如,钢板冲压成半球形封头后,底部变薄,边缘增厚。在压力容器设计时,应注意这种厚度的变化。
三、各向异性
金属材料力学性能产生方向性
热加工
金属再结晶
纤维组织
呈纤维状
非金属夹杂物
带状组织
a、平行纤维组织方向的强度、
塑性和韧性提高,
b、垂直方向的塑性和韧性降低
c、变形越大,性能差异越明显
第二项合金
因势利导:纤维组织的稳定性高,不能用热处理方法加以消除。
压力容器设计时,应尽可能使零件在工作时产生的最大正应力。
与纤维方向重合,最大切应力方向与纤维方向垂直。
四、应变时效
经冷加工塑性变形的碳素钢、低合金钢,在室温下停留较长时间,或在较高温度下停留一定时间后,会出现屈服点和抗拉强度提高,塑性和韧性降低的现象,称为应变时效。
冷加工应用举例:筒节冷卷、封头冷旋压。
应变时效危害:发生应变时效的钢材,不但冲击吸收功大幅度下降,而且韧脆转变温度大幅度上升,表现出常温下的脆化。
降低应变时效的措施:一般认为,合金元素中,碳、氮增加钢的应变时效敏感性。减少碳、氮含量,加入铝、钛、钒等元素,使它们与碳、氮形成稳定化合物,可显著减弱钢的应变时效敏感性。
焊接※
焊接:是压力容器制造过程的重要环节和质量必须得到保证的环节。通过加热或(和)加压,使焊件达到原子或分子结合的一种加工方法。
焊接方法:①熔焊(压力容器制造中应用最广)
②压焊
③钎焊
熔焊机理:
融化的母材
熔池
焊接接头加热至熔化
填充金属
冷却结晶后
形成牢固的原子间结合,使待连接件成为一体
焊接技术:各种焊接方法、焊接工艺、焊接材料、焊接设备及其基础理论的总称。
焊接接头:用焊接方法连接的接头。
焊接接头的组织和性能
焊接接头组成:焊缝、熔合区、热影响区。
1、焊缝
由熔池的液态金属凝固结晶而成,通常由填充金属和部分母材金属组成。
因结晶是从熔池边缘的半熔化区开始的,低熔点的硫磷杂质和氧化铁等易偏析集中在焊缝中心区,影响焊缝的力学性能。
2、熔合区:焊接接头中,焊缝向热影响区过渡的区域。
组织:熔合区的加热温度在合金的固相和液相线之间,其化学成分和组织性能有很大的不均匀性
性能:塑性差、强度低、脆性大、易产生焊接裂纹,是焊接接头中最薄弱的环节之一。
3、热影响区:是焊缝两侧母材因焊接热作用(但未熔化)而发生金相组织和力学性能变化的区域。
组织及性能:在热影响区内,各处离开焊缝金属距离不同,材料被加热和冷却速度也不同,从而形成了多种金相组织区,使其力学性能也不同。
以低碳钢为例加以说明热影响区的各个金相组织区:
过热区:对于焊接刚度大的结构或含碳量高的易淬火钢,常在此区产生裂纹;
正火区:焊接接头中组织和性能最好的区域;
部分正火区:力学性能不均匀。
二、
此外,焊接前压力容器成形不符合要求,例如筒体的不圆度,也会产生焊接装配应力,使局部区域应力升高。
五、焊接接头检查
a、破坏性检查
b、非