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1材料焊接无损检测基础知识2目录第一章金属材料和热处理技术第一节金属材料一、金属材料基础知识（一）物理性能（三）化学性能（四）机械性能（五）工艺性能二、金属学基础知识（一）金属的晶体结构（二）金属的结晶（三）铁碳合金结构及相图三、常用材料介绍（一）钢的分类（二）钢的牌号表示方法（三）钢中杂质对性能的影响(四)起重机新材料：第二节热处理技术一、热处理目的和要求二、常用热处理工艺（一）退火（二）正火（三）淬火（四）回火（五）其他类型的热处理第三节起重机械材料热处理的有关要求练习题第二章焊接技术第一节焊接基础知识一、焊接的定义与分类二、常用焊接方法（一）手工电弧焊（二）埋弧自动焊(三)二氧化碳气体保护焊三、焊接接头及常用钢材的焊接（一）焊接接头形式（二）焊接接头的组成（三）焊接接头的组织和性能（四）常用钢材的焊接第二节焊接工艺评定一、焊接工艺评定的基本概念（一）焊接工艺评定的目的3（二）焊接工艺评定的一般过程二、焊接工艺评定的规则（一）焊接工艺因素（二）焊接方法（三）焊接接头（四）填充金属（五）母材（六）母材金属和熔敷金属厚度（七）焊接电特性和焊接技术三、焊接工艺评定试验要求和结果评价（一）检验项目（二）合格标准（三）焊接工艺评定报告（四）焊接工艺文件第三节焊接应力及变形一、焊接变形和应力的形成（一）焊接变形原理（二）焊接残余变形分类（三）焊接变形的危害性（四）焊接残余应力二、焊接变形及应力的控制措施（一）控制焊接变形的措施（二）控制焊接应力的措施第四节焊接质量及检验一、焊接质量检验方法（一）焊缝及接头的检验方法二．焊接缺陷分类（一）焊缝内部缺陷（二）表面缺陷（三）裂纹缺陷．第五节起重机械焊接要求练习题第三章无损检测技术第一节无损检测基础一、无损检测的目的二、无损检测的定义第二节常用无损检测技术一、射线检测（一）射线照相法的原理（二）射线检测设备（三）射线照相工艺(四)射线的安全防护（五）射线照相法的特点4二、超声波检测（一）超声波的发生及其性质（二）声速(三)分贝（四）界面的反射和透射（五）小物体上的超声波反射(六)超声波检测的原理（七）试块（八）超声波检测的特点三、磁粉检测（一）有关磁场的概念（二）描述磁场的几个物理量（三）铁磁材料的磁化曲线（四）磁粉检测原理（五）影响漏磁场的几个因素（六）磁粉检测设备器材（七）磁粉检测工艺要点（八）磁粉检测的特点四、渗透检测（一）渗透检测的基本原理（二）渗透检测的分类(三)渗透检测工艺要点（四）渗透检测的特点第三节无损检测新技术简介一、TOFD检测技术（一）TOFD检测方法的基本原理（二）TOFD检测方法的应用（三）TOFD系统组成（四）TOFD的特点（五）TOFD检测技术的局限性二、数字化X射线检测技术（一）数字化X射线照相检测技术分类：（二）计算机射线照相检测（三）数字化X射线照相检测（四）DR和CR的比较与分析（五）数字化射线检测技术的其他方法练习题5第一章金属材料及热处理技术第一节金属材料技术一、金属材料基础知识起重机金属结构和零部件上使用了大量的金属材料。金属材料的选择主要是根据起重机的使用工况和材料的性能。通常所指的金属材料的性能包括以下几个方面：（一）．金属材料的物理性能金属的物理性能包括：比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等。比重，也称相对密度，是单位体积金属的重量和同等体积水的重量比值。比重大于5的金属（如钢为7.8），称为重金属；小于5的金属（如铝为2.7），称为轻金属。熔点是金属或合金从固态转变为液态时的温度。导电性是金属导电的性能。与导电性相反的性能是电阻。银的导电性最好，若作为100，铜为94，铝为55，铁为2，钛为0.3。导热性是金属传导热量的性能。一般情况下，导电性好的金属，导热性亦好。导热系数的单位为焦/厘米·秒·℃。热膨胀性是金属受热后要胀大的性能，通常用线膨胀系数表示，单位为1/K。金属导磁的性能称为磁性。具有导磁能力的金属材料都能被磁铁吸引。铁、钴等为铁磁性材料，锰、铬、铜、锌为无磁性或顺磁性材料。但对某些金属来说，磁性也不是固定不变的，如铁在７６８℃以上就表现为没有磁性或顺磁性。磁性可用奥斯特（磁场强度单位）或高斯（磁感应强度单位）表示。（二）金属材料的化学性能金属的化学性能是指金属抵抗各种介质（大气、水蒸汽、有害气体、酸、碱、盐等）侵蚀的能力，又称为金属的耐腐蚀性能，它与金属的化学成分、加工性质、热处理条件、组织状态以及介质和温度条件等有关。耐腐蚀性能一般用腐蚀速度（毫米/年）表示。按腐蚀原理的不同，金属腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。金属与介质直接发生氧化反应而引起的腐蚀，称为化学腐蚀。例如锅炉受热面管子与高温烟气、水蒸汽接触的过程中，对金属的表面产生强烈的氧化作用，腐蚀的结果，铁变成铁的氧化物或氢氧化物而失去金属性质。金属抵抗氧化腐蚀的性能称为抗氧化性。金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。（三）金属材料的机械性能金属材料的机械性能是抵抗外力而不超过允许变形或不被破坏的能力，它包括强度、塑性、硬度、韧性和疲劳等。1．强度金属材料的强度指材料抵抗外力破坏作用的最大能力。材料强度可以通过拉伸试验测出。把一定尺寸和形状的金属试样装夹在材料试验机上，如图1—1所示，然后对试样逐渐施加拉伸载荷，直至把试样拉断为止。根据试样在拉伸过程中承受的载荷和产生的变形量之间的关系，可绘出该6金属的拉伸曲线，如图1—2所示。在拉伸曲线上可以得到该材料强度性能的相关数据。图1—2所示的曲线，其纵坐标是载荷F，横坐标是伸长量ΔL，故曲线称为F一ΔL曲线。图中曲线是低碳钢的拉伸曲线，可以将拉伸过程分为四个阶段：(a)拉伸前（a)拉伸前(b)拉伸后图1—1钢的标准拉伸试棒图1—2退火低碳钢的拉伸曲线（1）弹性阶段如图1—2曲线的O～A’段。在此段若加载不超过A点的应力，卸载后试件的变形可全部消失，故A点的应力值为材料只产生弹性变形时应力的最高限，称为弹性极限，用σe表示。曲线的O～A’段为直线，在此段内应力与应变成正比，即材料符合虎克定律，该段称为线弹性阶段。(A称为比例极限，A’称为弹性极限，两者数值接近)（2）屈服阶段即曲线的B～C段，有微小颤动的水平线，B点称作屈服点，B点之后的一段水平线表明应力不再增加，但应变却继续增大，材料已失去抵抗继续变形的能力，在该阶段材料的变形主要是塑性变形，此时的应力称为屈服强度，用σs表示，单位为MPa。有些钢材(如高碳钢)无明显的屈服现象，工程上以发生微量的塑性变形(0.2％)时的应力作为该钢材的屈服强度，称为条件屈服强度。通常在这一阶段的最大、最小应力分别称为上屈服点和下屈服点。由于下屈服点的数值较为稳定，因此以它作为材料屈服强度的指标。(3)强化阶段即曲线的C～D段。当变形超过屈服阶段后，材料又恢复了对继续变形的抵抗能力，欲使试件继续变形，必须增加应力值，这种现象称为加工硬化现象。材料因此得到强化，曲线的最高点D点所对应的拉力Fb是拉伸过程中试样承受的最大载荷值，相应的应力即为材料的抗拉强度，用σb表示，单位为MPa。（4）颈缩阶段即曲线的D～E段。应力达到抗拉强度σb后，试件的某一局部开始变细，出现所谓颈缩现象，如图1－2（b）所示。由于颈缩部分的横截面急剧减小，因而使试件继续变形所需的载荷也减小了，曲线明显下降，到达E点时试件被拉断。抗拉强度σb、屈服强度σs是评价材料强度性能的两个主要指标。一般金属材料构件都是在弹性状态下工作的，不允许发生塑性变形，所以机械设计中应采用σs作为强度指标，并加上适当的安全系数。但由于抗拉强度σb测定较方便，数据也较准确，所以机械设计中也经常采用σb，但需使用较大的安全系数。2．塑性塑性是指金属材料在载荷作用下断裂前发生永久变形的能力，通常以金属材料断裂时的最大相对塑性变形来表示，即断后伸长率（伸长率）δ和断面收缩率Ψ。断后伸长率δ可用下式确定：δ=[(L1一L0)／L0]×100％式中：L0——试件原标距长度（mm）；7L1——试件拉断后的标距长度（mm）；工程上常用δ5和δ10两种符号来分别表示用L。=5d和L。=10d(d为试件直径)两种不同长度试件测定的伸长率。应该注意的是同一材料的δ5和δ10是不同的，只有相同符号的伸长率才能互相比较。断面收缩率Ψ则可用下式求得：Ψ=[(A0一A1)／A0]×100％式中：A0——试件原始的截面积（mm2）；A1——试件拉断后颈缩处的最小截面积（mm2）；由于断面收缩率不受试件标距长度的影响，因此能更可靠地反映材料的塑性。塑性指标具有重要意义，这是因为塑性指标较高的材料制成的受力元件不易发生脆性破坏，在破坏发生前材料会产生较大的塑性变形，与脆性材料相比有较大的安全性。伸长率和断面收缩率还表明材料在静载和缓慢拉伸状态下的韧性。在很多情况下，具有高收缩率的材料往往可承受较高的冲击吸收功。3.硬度硬度是材料抵抗局部弹性变形、塑性变形或表面损伤的能力。硬度与强度有一定关系，一般情况下，硬度较高的材料其强度也较高，所以可以通过测试硬度来估算材料强度，此外，硬度较高的材料耐磨性较好。硬度不是一个简单的物理概念，而是材料弹性、塑性、强度和韧性等力学性能的综合指标。所以，硬度不仅取决于材料本身，还与硬度试验的方法和条件有关。硬度试验根据其测试方法的不同可分为静压法（如布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等）、划痕法（如莫氏硬度）、回跳法（如里氏硬度、肖氏硬度）及显微硬度、高温硬度等多种。工程上常用的硬度试验方法有以下几种：（1）布氏硬度布氏硬度是把一定直径的硬质合金钢球以一定的载荷F压入被测材料的表面，在保持规定时间卸去载荷后，通过测量表面压痕直径d计算出压痕表面积A。布氏硬度值由压痕表面积A及载荷F计算得之：HB=F／A。布氏硬度试验方法的优点是测量方法简便，数据准确和稳定。主要用于硬度较低的一些材料，例如经退火．正火，调质处理的钢材以及铸铁，非铁金属等。布氏硬度的符号用HBS或HBW表示。HBS表示压头为淬硬钢球，用于测定布氏硬度值在450以下的材料，如软钢、灰铸铁和有色金属等。HBW表示压头为硬质合金，用于测定布氏硬度值在650以下的材料。（2）洛氏硬度洛氏硬度是以测量压痕深度来确定硬度值的试验方法，为满足各种材料硬度的测定，压头有软、硬两种，软质压头是淬火钢球制成，适用于退火材料的硬度测定，而硬质压头为顶角是l200金钢石圆锥体，用于淬火类等较硬质材料的硬度测定。根据压头材质不同和按照总试验力的大小分成三种洛氏硬度标度，分别用HRA、HRB、HRC表示。其中HRB使用的是钢球压头，用于测量退火或正火钢以及非铁金属等；HRA和HRC使用l200金钢石圆锥体压头，用于测量淬火钢、硬质全金、渗碳层等，而HRA主要用于不适合使用HRC的场合。洛氏硬度试验方法的优点是测量操作简便，数据可直接由硬度计读出，压痕小，但准确性较差。（3）维氏硬度维氏硬度同样是采用压入法，但它采用的是将正棱角锥体金刚石压头以一定试验力F在试件表8面压出正棱形压痕，测量压痕的两对角线得到平均值，从而求得压痕表面积A，以试验力F除以计算所得压痕表面积A便得到硬度值HV。维氏硬度试验方法特点是当采用较低的试验力可以使其压痕非常小，这样就可以测出很小一点区域的硬度值，甚至可以测出金相组织中不同相间的硬度值。焊接性能试验中的硬度试验就是用维氏硬度来测定焊缝，熔合线和热影响区硬度的。维氏硬度也适用于测量金属的表面硬度。（4）里氏硬度里氏硬度是一种动态硬度试验法，原理由瑞士Dr.DietmarLeeb博士提出，结构上里氏硬度计采用一个装有碳化钨球的硬度传感器（冲击测头），在一定的试验力作用下冲击试样表面，测量出冲击测头距试样表面lmm处的冲击速度和反弹速度。里氏硬度值HL定义为冲击测头反弹速度VB与冲击速度VA之比，表示为：HL=1000×VB/VA。里氏硬度计体积小，重量轻，操作简便，在任何方向上均可测试，所以特别适合于现场使用，里氏硬度在测量时能即时读出，也能即时换算为布、洛、维等各种硬度值。但受受测表面粗糙度影响较大，故测试面应有