第三章(过程设备设计).ppt

第二章 压力容器应力分析 第二章 压力容器应力分析 第一节压力容器材料 一、压力容器常用材料 1、钢材形状 2、钢材类型 3）高合金钢 铬钢 铬镍钢 铬镍钼钢 4）复合钢板 二、有色金属和非金属 （一）有色金属 （二）非金属材料 第二节压力容器制造工艺对钢材性能的影响 一、塑性变形 1、加工硬化 2、冷加工和热加工 3、各向异性 3、应变时效 二、焊接 2、焊接应力与变形 4、焊接接头常见缺陷 三、热处理 第三节环境对压力容器用钢性能的影响 一、温度 三、介质 （一）腐蚀概述 （三）加载速率 2、力学性能 焊接 焊接件产生温度梯度 接头组织和性能的不均匀 焊接应力和应变 焊接应力和变形 分别是指焊接过程中焊件内产生的应力和变形。 焊接残余应力 焊后残留在焊件内的焊接应力 3、减少焊接应力和变形的措施 尽量减少焊接接头数量 相邻焊缝间应保持足够的间距 尽可能避免交叉，避免出现十字焊缝 焊缝不要布置在高应力区 焊前预热等等 当焊接造成的残余应力会影响结构安全运行时，还需 设法消除焊接残余应力。 设计 焊接工艺 图3-2 常见焊接缺陷 5、焊接接头检查 破坏性检验 非破坏性检验 外观检验 密封性检验 无损检测 直观检验 量具检验 射线透照检测 超声检测 表面检测 渗透检测 测内部缺陷 测表面和近表面缺陷 设计中要给出相 应的检测方法 （用水、气、油等） 改善综合性能热处理 压力容器制造中的热处理 焊后消除应力热处理 固溶处理 稳定化处理 钢材在 低温 中温 高温 下，性能不同 高温下，钢材性能往往与作用时间有关 介绍几种情况的影响 短期静载下温度对钢材力学性能的影响 高温、长期静载下钢材力学性能 高温下材料性能的劣化 1、短期静载下温度对钢材 力学性能的影响 高温下 图3-3 温度对低碳钢力学性能的影响 温度较高时，仅仅根据常温下材料抗拉强度和屈服点来决定许用应力是不够的，一般还应考虑设计温度下材料的屈服点。 低温下 随着温度降低，碳素钢和低合金钢的强度提高，而韧性降低。当温度低于20℃时，钢材可采用20℃时的许用应力。 韧脆性转变温度——（或脆性转变温度） 当温度低于某一界限时，钢的冲击吸收功大幅度地下降，从韧性状态变为脆性状态。这一温度常被称为韧脆性转变温度或脆性转变温度。 概念 图3-4 低碳钢冲击吸收功和温度的关系曲线 低温变脆的金属 具有体心立方晶格的金属 如碳素钢和低合金钢 低温仍有很高韧性的金属 面心立方晶格材料如铜、铝和奥氏体不锈钢，冲击吸收功随温度的变化很小，在很低的温度下仍具有高的韧性。 2、高温、长期静载下钢材性能 蠕变现象 在高温和恒定载荷的作用下，金属材料会产生随时间而发展的塑性变形，这种现象被称为蠕变现象。 碳素钢 420℃ 400-500oC 低合金钢 一定的应力作用 发生蠕变 蠕变的结果是使压力容器材料产生蠕变脆化、应力松弛、蠕变变形和蠕变断裂。 高温压力容器设计时应采取措施防止蠕变破坏发生 蠕变的危害 蠕变曲线 蠕变曲线三阶段 减速蠕变 恒速蠕变 加速蠕变 图3-5 蠕变应变与时间的关系 一定压力和一定温度下 cd为蠕变的第三阶段 ab为蠕变的第一阶段 即蠕变的不稳定阶段，蠕变速率随时间的增长而逐渐降低，因此也称为蠕变的减速阶段。 bc为蠕变的第二阶段 在此阶段，材料以接近恒定蠕变速率进行变形，故也称为蠕变的恒速阶段。 在这阶段里蠕变速度不断增加，直至断裂。 oa线段——试样加载后的瞬时应变 a点以后的线段——从a点开始随时间增长而产生的应变才属于蠕变。蠕变曲线上任一点的斜率表示该点的蠕变速率。 对于同一材料，给定温度改变应力或给定应力改变温度时，蠕变曲线形状不同。 ▲当应力较小或温度很低时，第二阶段的持续时间长， 甚至无第三阶段；相反，当应力较大或温度较高时， 第二阶段持续时间短，甚至完全消失。 蠕变极限与持久强度 蠕变极限——高温长期载荷作用下，材料对变形的抗力 蠕变极限表示法 ★在给定温度下，使试样产生规定的第 二阶段蠕变速率的应力值 ★在给定温度和规定时间内，使试样产生 一定量的蠕变总伸长率的应力值（常用） 持久强度——在给定的温度下，经过一定时间后发生断裂 时构件所能承受的最大应力。 3、高温下材料性能的恶化 在高温下长期工作的钢材性能的劣化主要有： 蠕变脆化 珠光体球化 石墨化 高温回火脆化 氢腐蚀和氢脆 珠光体球化 危害： 使材料的屈服点、抗拉强度、冲击韧性、蠕变极限和持久极限下降 例如：16Mn钢的?245×26蒸汽管道在9.8MPa、510oC条件下，运行约八万小时后，珠光体严重球化，碳化物积聚在晶界上，使其力学