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1承压类特种设备金属材料和焊接基本知识、焊接缺陷（第一、二、七章教学大纲）2013.6.1新考规特种设备无损检测人员（Ⅱ级）考试大纲P11符号说明：●掌握；■理解；▲了解；―不要求C1无损检测基本知识P11～12内容及知识点各级要求ⅢⅡⅠC1.1材料基本知识C1.1.1材料力学基本知识⑴应力和应力集中的概念■⑵特种设备受压元件、受力结构应力特点▲⑶力学性能指标定义■⑷抗拉强度、屈服强度的意义，拉伸曲线的解释▲⑸屈强比的概念▲⑹钢材的冷脆性▲⑺钢材的热脆性▲⑻氢的钢的性能的影响，氢脆发生条件，氢致损伤的种类▲⑼应力腐蚀发生条件，常见应力腐蚀种类，应力腐蚀敏感性影响因素―C1.1.2金属材料及热处理基本知识⑴晶体和晶界的概念，金属常见晶体结构种类▲⑵铁碳合金的基本相结构及其特性▲⑶钢热处理的一般过程■⑷钢中碳和合金元素对C曲线的影响▲⑸钢常见金相组织和性能▲⑹特种设备常用的热处理种类、工艺条件及其应用■⑺消除应力退火处理的目的和方法■C1.1.3特种设备的常用材料⑴特种设备用材料的基本要求▲⑵低碳钢、低合金钢的定义■⑶低碳钢中碳和杂质元素对钢的性能的影响■2⑷低合金钢中合金元素对钢性能的影响▲⑸低温用钢种类、特点和基本性能▲⑹影响低温钢低温韧性的因素―⑺低合金耐热钢种类、特点、高温下钢材性能的劣化现象▲⑻奥氏体不锈钢种类、特点、腐蚀破坏形式■C1.2焊接基本知识C1.2.1特种设备常用的焊接方法⑴特种设备常用焊接方法的种类、特点和适用范围▲C1.2.2焊接接头⑴常见焊接接头形式、分类及特点■⑵焊接接头组成■⑶焊接接头薄弱部位▲C1.2.3焊接应力与变形⑴焊接应力与变形的不利影响■⑵焊接变形与应力的关系，影响焊接变形与应力的因素▲C1.2.4特种设备常用钢材的焊接⑴钢材焊接性的含义▲⑵焊接性试验的主要作用▲⑶焊接工艺评定的作用及其过程▲⑷焊前预热和后热的作用▲⑸焊接线能量的变化对低合金结构钢、低温钢、奥氏体不锈钢焊接接头性能的影响▲⑹奥氏体不锈钢的焊接性、防止热裂纹和晶间腐蚀倾向的措施■C1.3无损检测基本知识C1.3.1无损检测概论⑴无损检测定义，无损检测技术进展三个阶段■⑵无损检测的目的，无损检测的应用特点■C1.3.2焊接缺陷种类及产生原因⑴外观缺陷种类、形成原因及危害■3⑵气孔缺陷种类、形成原因、危害及防止措施■⑶夹渣种类、形成原因、危害及防止措施■⑷裂纹种类、形态发生部位、形成原因、危害及防止措施■⑸未焊透种类、形成原因、危害及防止措施■⑹未熔合种类、形成原因、危害及防止措施■C1.3.3其他试件中缺陷种类及产生原因⑴铸件中缺陷种类及产生原因▲⑵锻件中缺陷种类及产生原因▲⑶使用件中缺陷种类及产生原因■Ⅱ级中--▲：24项／总数47项；■：21项／总数47项；●：0项／总数47项关于“掌握程度”▲、■、●、的说明▲：“了解”（知道了解）不要求深究来源、依据、演绎过程，但要求知道或记忆其定义（含义）、概念和基本原理。■：“理解”（分析判断）要求全面了解其细节、常用表现形式并能准确地把准确地把握其含义即：运用专业基本理论、法规、标准和方法，分析解释问题的发生、发展和处理、控制、预防的机理，并对不同的处理、分析方法进行鉴别和判断。●：“掌握”（综合运用）熟悉演绎或推理过程，并能在各种需要综合分析、计算的问题中正确地运用即：通过对所学专业基本理论、法规、标准和方法的综合运用，阐释深层道理并就其实际应用做出分析。第一章金属材料及热处理基本知识1．1材料力学基本知识P1～121．1．1应力与应变特种设备受压元件、受力结构应力特点：承压类特种设备在承压状态下运行，其元件、结构件承受较大的工作应力，结构不连续引起的附加应力，缺陷或缺口引起的峰值应力，冷作和焊接引起的残余应力，有些还要同时承受高温或腐蚀性介质的作用。承受拉应力、压应力、剪切应力、弯曲应力、交变应力等，受到多种应力的共同作用。内力：材料内部各部分之间相互作用的力。P2应变：物体在外力作用下，其形状尺寸所发生的相对改变称为应变。P3应力：物体在外力作用下而变形时，其内部任一截面单位面积上的内力大小通常称为应力。P3强度：金属抵抗永久变形和断裂的能力。σs、σ0.2、σb，P34拉伸曲线：P3图1-3屈强比：σS/σb＞0.8，σb＞540Mpa严控避免高应力集中、加工硬化及减少残余应力。表面成形圆滑过渡，减少表面损伤，焊縫不允许咬边，增加无损检测，限制允许缺陷等。P9钢材的脆化冷脆：温度降低、冲击韧度陡降现象，P脆。P10热脆：温度长时间停留在400℃～500℃冲击韧度陡降现象，S脆。P10氢脆：钢材中的氢使材料的力学性能脆化现象。P12钢中氢来源：冶炼溶入，焊接过程中水分油垢，工作介质中，酸洗。氢脆断裂在100～150℃发生，是含氢钢材内当应力大于其一临界值时，一个微观裂纹在高应力作用下的扩展过程，脆断应力可低达屈服极限的20%，钢材的强度愈高氢脆愈敏感，是一种延迟裂纹。氢腐蚀：钢在高温高压（碳钢，温度＞250℃、氢分压＞2Mpa）氢作用下腐蚀时，发生脱碳，渗碳体分解，沿晶界出现大量微裂纹，钢的强度、韧度丧失殆尽。氢白点：高温时氢溶解在钢内，低温时溶解度降低，氢原子聚集成氢分子，该处形成辐射状微裂纹群，其断面呈白亮的现象。氢损伤：氢导致材质劣化的现象，含氢脆、氢鼓泡、氢白点、氢腐蚀。P11无损检测不能检测和判断氢脆。氢鼓泡肉眼可观察，白点用超声波检测，氢致表面裂纹可用磁粉或渗透检测，氢腐蚀可用硬度试验和金相检测和判定。塑性：伸长率δ、断面收缩率ψ，P4硬度：材料抵抗局部塑性变形或表面损伤的能力。HB、HR（HRA、HRB、HRC）P5冲击韧性：材料在外加冲击载荷作用下断裂时消耗能量大小的特性。AKP6交变应力：随时间而交替变化的应力。P7应力集中：构件横截面尺寸有突变，构件受轴向拉伸时，其横截面上的正应力不再均匀分布。受力构件横截面的尺寸（结构、缺陷）突然变化而引起的应力局部增大的现象。P8应力腐蚀（脆性断裂）：拉应力及腐蚀介质，且同时存在，破坏时无变形预兆，突然发生。P121．2金属学与热处理基本知识1．2．1金属的晶体结构P12～13晶体：原子呈规则排列的物质称晶体，不规则排列为非晶体，所有固态金属是晶体晶体内部原子的排列方式称为晶体结构金属的晶体结构（同素异构）：纯铁、室温—910℃体心立方晶格、α-铁910--1390℃面心立方晶格、γ-铁1390--1535℃体心立方晶格、δ-铁金属由许多晶粒组成，称多晶体，晶粒内的原子排列是相同的，但不同晶粒原子排列的位相是不同的，原子排列有各种缺陷，如空位、间隙原子、置代原子、位错等。晶粒之间的界面称为晶界。51．2．2铁碳合金的基本组织P13～16铁素体-符号”F”—碳溶于-α铁或-δ铁的固溶体、高塑。奥氏体-符号”A”—碳溶于-γ铁的固溶体、高塑。渗碳体-符号”Fe3C”—铁和碳的金属化合物Fe3C，其含碳量为6.67%、极硬、极脆。珠光体-符号”P”—铁素体和渗碳体的机械混合物，硬度和强度较高、塑性也较好。马氏体-符号”M”—碳在α-Fe中的过饱和固溶体，高硬、高脆、低塑。魏氏组织—粗大片状α-Fe，（亚共析钢的过热粗晶奥氏体，在较快冷却速度下形成）冲击韧性和断面收缩率下降、钢变脆。1．2．3热处理一般过程P17～19热处理是将固态金属及合金按预定的要求进行加热、保温和冷却，以改变其内部组织，从而获得要求性能的一种工艺过程。钢的热处理一般过程：加热和冷却过程加热转变：奥氏体A形成冷却转变：连续冷却和等温冷却，奥氏体A的分解（珠光体、索氏体、屈氏体、上贝氏体、下贝氏体、马氏体）。钢中碳和合金元素对C曲线的影响：不同温度下奥氏体转变开始和结束的时间绘制成曲线，即奥氏体等温转变曲线称为C曲线碳和合金元素Mn、Cr、Mo、Ni、V等对C曲线的影响：使C曲线右移，提高淬透性、易淬硬；使C曲线形状变化。1．2．4承压类特种设备用钢常见金相组织和性能P19～221．2．5承压类特种设备常用热处理工艺种类、工艺条件及应用P22～27退火：将钢加热到适当温度（奥氏体）保温一定时间后缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。细化晶粒正火：将钢加热到AC3～Acm以上30℃～50℃保温一定时间后在空气中冷却的热处理工艺。细化晶粒淬火：将钢加热到临界温度以上（亚共析钢AC3以上30℃～50℃，过共析钢ACl以上30℃～50℃）保温一定时间后（在水、油中）快冷（达到或超过临界冷却速度）得到马氏体组织的热处理工艺。回火：将经过淬火的钢加热到ACl以下的适当温度，保持一定时间、然后用符合要求的方法（空冷、油冷）冷却，以获得所需组织和性能的热处理工艺。降低内应力、提高韧性、稳定尺寸、改善加工性能，回火温度越高，塑性和韧性越高、硬度越低。调质：淬火＋回火消除应力退火：P23承压类特种设备的消除应力退火主要是指焊后热处理（PWHT），也有在焊接过程中间和冷加工后为减少内应力及冷作硬化而进行消除应力退火。（方法）一般是将工件加热到ACl以下100℃～200℃，保温后缓冷，6碳钢、低合金钢在500℃～650℃保温后空冷。消除应力热处理目的：消除冷、热加工所产生的内应力（峰值）和冷作硬化，使焊缝中的氢扩散、提高焊缝的抗裂性能和韧性，也有改善焊缝及热影响区的组织和稳定结构形状尺寸的作用。奥氏体不锈钢固溶处理：加热1050℃～1100℃、碳在奥氏体中固溶、保温每小时25mm、水冷，得到均质细小奥氏体组织；奥氏体不锈钢稳定化处理：为了防止晶间腐蚀，必须使钢中的碳全部固定TiC和NbC中，在850℃～900℃、保温足够时间、快速冷却，使碳全部固定在碳化钛或碳化铌中。1．3承压类特种设备常用材料P24～34基本要求：P241.保证安全性和经济性，足够的强度，即σs、σb；2.良好的韧性AK，常温冲击韧性、低温冲击韧性、时效冲击韧性；3.良好的工艺性能，冷加工、热加工（焊接）性能；4.良好的低倍组织和表面质量，分层、疏松、非金属夹杂物、气孔等缺陷尽可能少，不允许有裂纹和白点；5.高温受压件材料良好的高温性能，足够的蠕变强度、持久强度、持久塑性，良好的高温组织稳定性和高温抗氧化性；6.与腐蚀介质接触的材料应有良好的抗腐蚀性能。1．3．1钢的分类和命名P25～26含碳量分类低碳钢定义：含碳量≤0.25％中碳钢定义：含碳量＝0.25％～0.6％高碳钢定义：含碳量＞0.6％按质量分类普通碳素钢：含S量≤0.050％,含P量≤0.045％优质碳素钢：含S量≤0.040％,含P量≤0.040％高级优质碳素钢：含S量≤0.030％,含P量≤0.035％按冶炼脱氧分类沸腾钢、镇静钢、半沸腾钢按冶炼方法和设备分类平炉钢、转炉钢、电炉钢碳钢牌号及表示：普通碳素结构钢QXXX-XX优质碳素结构钢08钢、08F钢、20钢、15Mn、20Mn专门用途碳素钢Q245R碳素铸钢ZG200-400碳素工具钢T8、T8A、T12、T12A合金钢的分类和命名：按合金元素量分类：低合金钢定义：含合金总量≤5％中合金钢定义：含合金总量5％～10％7高合金钢定义：含合金总量＞10％按用途分类：合金结构钢、合金工具钢、特殊性能合金钢（耐酸钢、耐热钢）按钢的组织分类：珠光体钢、奥氏体钢、铁素体钢、马氏体钢按主要合金元素量分类：铬钢、锰钢、硅钢、硅锰钢1．3．2低碳钢低碳钢中碳和杂质元素对钢的性能影响：P27～28C含碳量增加，钢的强度增加、塑性和韧性下降，焊接性变差，淬硬倾向变大Mn强化、细晶、提高韧性、脱硫,含量＜0.8％作用不大Si强化、降低韧性、脱氧含量0.03％～0.07％作用不大S热脆：硫化铁与铁形成低熔点共晶体（熔点985℃）分布在晶界上当钢材800℃～1200℃加工时，沿晶界开裂。P冷脆：硫与铁原子直径比很大、晶格畸变塑性、韧性大降。N形成气泡和疏松，低碳钢含氮高、极不耐腐蚀，并出现时效现象（热时效和应变时效）O强度、疲劳强度、塑性下降H氢损伤、白点1．3．3低合金钢低合金钢中合金元素对钢的性能的影响P28～29Si和Mn（溶于铁素体）强化元素Cr和Ni细化组织而强化，耐大气腐蚀Mo溶于