(一) 承壓類(lèi)特種設(shè)備用鋼

鋼材是制造承壓類(lèi)特種設(shè)備的主要材料。鋼材的質(zhì)量及性能的好壞對(duì)于承壓類(lèi)特種設(shè)備安全運(yùn)行，有著重要的影響和作用。

1.按鋼中所含化學(xué)成分

按鋼中所含化學(xué)成分可以將鋼分成碳素鋼和合金鋼兩大類(lèi)。

2.按金相組織

鋼材經(jīng)正火處理后所得金相組織不同，可分為珠光體鋼、貝氏體鋼、奧氏體鋼、鐵索體鋼。

鋼在加熱或冷卻中沒(méi)有相變，始終保持鐵素體組織，此種鋼稱(chēng)為鐵素體鋼。高鉻鋼即屬于鐵素體鋼，具有較高的抗氧化能力。碳在α-Fe中的固溶體稱(chēng)為鐵素體，用符號(hào)F表示。

(二) 金屬的力學(xué)性能

所謂金屬的力學(xué)性能是指在一定的溫度條件和外力作用下，抵抗變形和斷裂的能力，如強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性等。以低碳鋼為例，金屬材料受拉伸外力作用引起的變形過(guò)程可分3個(gè)階段，即彈性變形、塑性變形、斷裂變形3個(gè)階段。由拉伸試驗(yàn)可獲得強(qiáng)度和塑性指標(biāo)。

1.強(qiáng)度

金屬?gòu)?qiáng)度是指在外力作用下，抵抗變形和破壞的能力。應(yīng)用最普遍的是強(qiáng)度指標(biāo)。強(qiáng)度指標(biāo)主要是屈服極限(σs或σ0.2)和抗拉強(qiáng)度極限(σb)。

2.塑性

金屬的塑性是指在外力作用下，能引起永久變形而不發(fā)生破裂，并在外力取消后，仍能保持變形后形狀的能力。材料的塑性值也可通過(guò)拉伸試驗(yàn)測(cè)得，通常用伸長(zhǎng)率δ(延伸率)和斷面收縮率ψ來(lái)表示。

3.沖擊韌性

金屬的沖擊韌性即為在沖擊力作用下，抑制變形和斷裂的能力。它還是金屬材料在塑性變形范圍內(nèi)吸收能量的能力，因此，也可按沖擊值的大小來(lái)衡量材料的塑性。

目前國(guó)內(nèi)外廣泛采用一次擺錘彎曲試驗(yàn)，缺口型式有夏比(U)和夏比(V)兩種。表示沖擊韌性的參數(shù)也有兩種，一種是以沖斷試樣消耗的沖擊功Ak(單位：J)表示;另一種是以單位缺口處斷面所耗的沖擊功ak(單位：J/cm²)表示。目前壓力容器鋼板全部改為用夏比(V)沖擊功(即AkV)作為沖擊韌性驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。只有少數(shù)壓力容器鍛件還用夏比(U)沖擊值(即akU)作為沖擊驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

鋼中氣體含量較高或晶粒粗大，則韌性差。根據(jù)沖擊后斷裂的形式，可以判斷材料的質(zhì)量及晶粒大小。沖擊韌性試驗(yàn)還能測(cè)定金屬材料由韌性狀態(tài)向脆性狀態(tài)過(guò)渡的轉(zhuǎn)變溫度。

4.硬度

硬度是指金屬材料抵抗更硬異物壓入的能力。硬度表明材料的耐磨性和切削加工的可能性。一般說(shuō)來(lái)，硬度較高，材料的耐磨性較好。常用的硬度有布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HR)、維氏硬度(HV)3種。

5.冷彎

冷彎性能是材料抵抗彎曲斷裂能力的標(biāo)志，它間接反映了材料的塑性。這個(gè)試驗(yàn)既可檢查鋼的塑性好壞，也可以考核其加工工藝性能，也能暴露鋼板受試面缺陷以及焊接接頭的焊接缺陷。

6.斷裂韌性

斷裂韌性是反映材料對(duì)裂紋擴(kuò)展的抵制能力。對(duì)于中低強(qiáng)度鋼的斷裂韌性，目前較普遍采用臨界裂紋張開(kāi)位移(COD)值δc表示;對(duì)于高強(qiáng)鋼的脆斷問(wèn)題，則應(yīng)用材料的平面應(yīng)變斷裂韌性值Kic表示。

7.金屬材料高溫力學(xué)性能

煉油化工設(shè)備相當(dāng)數(shù)量是在中等溫度(<350℃)和高溫下使用。中、高溫壓力容器通常以350℃分界;而金屬材料機(jī)械性能概念中，通常高于室溫均作高溫對(duì)待。

(三) 焊接

焊接是通過(guò)加熱或加壓或同時(shí)加熱加壓，使焊件連接部位形成原子結(jié)合的一種工藝加工方法。

承壓類(lèi)特種設(shè)備受壓元件焊接中焊接方法有兩大類(lèi)：一類(lèi)是熔焊，就是將焊件接頭加熱到熔化狀態(tài)(不加壓)完成焊接的方法;另一類(lèi)是壓焊，就是將焊件接頭施加壓力(加熱或不加熱)完成焊接的方法。每一類(lèi)中都包括許多具體的焊接方法。

承壓類(lèi)特種設(shè)備受壓元件中常用的焊接方法大多屬熔焊，例如手工電弧焊，自動(dòng)埋弧焊;手工鎢極氬弧焊，自動(dòng)氣體保護(hù)焊，電渣焊等。屬于壓焊的摩擦焊在電站鍋爐制造的管子焊接中用得也較多。

1.手工電弧焊

特點(diǎn)：手工電弧焊是通過(guò)手工操縱焊條與焊件產(chǎn)生電弧，利用電弧熱使焊件局部和焊條熔化形成熔池完成焊接的方法。

手工電弧焊的特點(diǎn)是，對(duì)材料和焊接位置適應(yīng)性強(qiáng)，適于焊接碳鋼、低合金鋼、耐熱鋼、不銹耐蝕鋼等，適于鍋爐制造、安裝、修理中各種位置的焊接，設(shè)備簡(jiǎn)單，便于使用和維護(hù);焊鉗小，操作靈便;焊接質(zhì)量受焊工操作技術(shù)水平的影響很大，對(duì)焊工操作技能要求較高，生產(chǎn)率較低，焊工的勞動(dòng)強(qiáng)度較大;有些情況下焊接工作條件較差。

焊條：按施焊對(duì)象，焊條可分為碳鋼焊條、低合金鋼焊條、不銹鋼焊條、鑄鐵焊條、堆焊焊條等類(lèi)別。

2.埋弧焊

特點(diǎn)：機(jī)械操縱受焊工操作技能的影響較手工焊小，電弧區(qū)保護(hù)效果較好。如果焊接材料的質(zhì)量穩(wěn)定，焊接工藝參數(shù)正確，這種方法容易達(dá)到質(zhì)量穩(wěn)定且焊縫表面平滑美觀;焊接電流大，焊接速度較快，生產(chǎn)效率高;電弧埋在焊劑層下沒(méi)有飛濺，焊工不受弧光傷害，所以焊工勞動(dòng)條件較好;沒(méi)有焊條頭及飛濺的損耗，焊件采用I形坡口的厚度范圍比手工焊明顯大，所以成本較低;因?yàn)槭菣C(jī)械操縱，所以對(duì)坡口加工和焊件接頭的裝配要求嚴(yán)格，輔助工作較多;因焊接電流大，一般限于平焊位置進(jìn)行焊接。

焊絲和焊劑：焊絲的作用主要是作為電極，傳導(dǎo)電流引燃電弧，維持電弧燃燒;作為填充金屬以形成焊縫;為焊縫金屬補(bǔ)充合金元素。

焊劑的作用主要是：焊劑層以及熔化的焊劑使電弧空間和熔池與空氣隔離，防止氧、氮?dú)怏w侵入，并減少元素?zé)龘p，起到保護(hù)作用;焊劑中有的礦物質(zhì)起到容易引弧并穩(wěn)定電弧的作用;焊接過(guò)程中熔渣與熔化金屬發(fā)生冶金反應(yīng)，脫氧，去硫、磷，并且可向熔池過(guò)渡合金元素，起到合金化作用，使焊縫金屬具有所需的力學(xué)性能、化學(xué)成分，并提高抗氣孔和裂紋的能力;焊劑還可促使焊縫成形美觀。

3.鎢極氬弧焊

鎢極氬弧焊是在氬氣保護(hù)下在鎢極與焊件之間引燃電弧并完成焊接的一種電弧焊方法。

特點(diǎn)：由于用惰性氣體氬進(jìn)行保護(hù)，它不參加冶金反應(yīng)，也不溶于熔化金屬，有效地將電弧區(qū)與空氣隔開(kāi)，所以電弧穩(wěn)定，熔池中的氫、氧、氮含量較易控制，因此不僅裂紋傾向較小而且焊縫質(zhì)量高;電弧在氣流壓縮下燃燒;熱量集中，容易使接頭的根部焊透，并且熔池較小，熱影響區(qū)較窄，焊接變形較小;電弧和熔池由氬氣保護(hù)，明弧可見(jiàn)，熔池較小，可進(jìn)行全位置焊接;對(duì)焊件的焊前清理工作要求嚴(yán)格。

4.熔化極氣體保護(hù)焊

特點(diǎn)：如果采用富氬混合氣體或氧氣進(jìn)行保護(hù)時(shí)，可以獲得高質(zhì)量的焊縫;適用的母材種類(lèi)和厚度范圍都比較寬，尤其是采用脈沖熔化極氣體保護(hù)焊;電流密度大，熱量集中，熔敷效率高，焊接速度較快，所以生產(chǎn)效率較高;弧光強(qiáng)，煙氣較大，二氧化碳作保護(hù)氣體焊接時(shí)飛濺較大，應(yīng)注意防護(hù);對(duì)焊件的焊前清理工作要求較嚴(yán)格，尤其是富氬或氬氣保護(hù)時(shí)。

焊絲和保護(hù)氣體：熔化極氣體保護(hù)焊的焊絲作用、分類(lèi)、鋼號(hào)，及其使用和管理與自動(dòng)埋弧焊的焊絲相似，一般對(duì)焊絲表面的清理要求更嚴(yán)。

保護(hù)氣體常用的有氬氣、富氬混合氣、二氧化碳?xì)?。鍋爐受壓元件中很少用二氧化碳?xì)?，而較多用富氬混合氣，常用的有不少于80%氬與不超過(guò)20%二氧化碳混合、98%氬與2%氧氣混合等，混合氣體保護(hù)使電弧穩(wěn)定，焊縫成形美觀，焊縫質(zhì)量好?；旌蠚怏w可采用已混合好的瓶裝氣體，也可采用單種氣體經(jīng)混合器進(jìn)行混合后用于焊接。

5.電渣焊

電渣焊是利用電流通過(guò)液態(tài)熔渣產(chǎn)生的電阻熱將焊件與焊絲熔化進(jìn)行焊接的一種熔焊方法。

特點(diǎn)：可以一次焊成很厚的焊件而不需開(kāi)坡口和多層焊，因此生產(chǎn)效率高;采用渣池保護(hù)，避免空氣與熔池接觸。由于焊接速度較慢，因此熔池中的氣體和雜質(zhì)易于浮出，焊縫中氣孔和夾渣很少;因?yàn)楹附铀俣容^慢，焊件在高溫停留時(shí)間較長(zhǎng)，熱影響區(qū)寬，近縫區(qū)晶粒粗大，塑性和韌性降低，所以焊件在焊后一般都進(jìn)行正火熱處理;焊劑消耗很少，焊縫化學(xué)成分的調(diào)整主要靠電極。

6.摩擦焊

摩擦焊是利用焊件表面互相摩擦產(chǎn)生的熱使端面達(dá)到熱塑性狀態(tài)，然后迅速頂鍛而完成焊接的一種壓焊方法。

特點(diǎn)：焊接過(guò)程快，生產(chǎn)率高;工藝參數(shù)自動(dòng)控制，操作簡(jiǎn)單，焊接質(zhì)量較好;適用的接頭型式有限;對(duì)參數(shù)的測(cè)量和控制要求嚴(yán)格;用無(wú)損檢測(cè)方法檢查接頭內(nèi)部質(zhì)量有一定困難。