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前言1

第1章 压力容器用钢1

1 钢的热处理1

1．1 铁碳相图1

1．2 钢在加热时的组织转变4

1．3 钢在冷却时的组织转变5

1．4 钢的退火与正火7

1．5 钢的淬火与回火8

2 压力容器用钢的基本要求8

2．1 强度9

2．2 塑性和韧性9

2．3 耐腐蚀性能12

2．4 冶金质量14

2．5 工艺性能15

3 钢的分类和钢号表示方法16

3．1 钢的分类16

3．1．1 按化学成分分类16

3．1．2 按金属品质分类16

3．1．3 按金相组织分类16

3．1．4 按冶炼方法分类17

3．1．5 按制造加工形式分类17

3．2 钢号表示方法18

3．2．1 碳素结构钢18

3．2．2 优质碳素结构钢18

3．2．3 合金结构钢18

4．1．1 碳和常存元素对碳素钢性能的影响19

4．1 碳素钢19

3．2．4 不锈钢和耐热钢19

4 碳素钢和低合金钢19

3．2．5 铸钢19

4．1．2 常用碳素钢21

4．2 低合金钢23

4．2．1 合金元素对低合金钢性能的影响23

4．2．2 常用低合金钢24

5 特殊条件下使用的钢26

5．1 低温用钢26

5．1．2 常用低温钢27

5．2 低合金耐热钢29

5．2．1 高温时组织结构的变化29

5．2．2 常用低合金耐热钢30

5．3 不锈耐酸钢31

5．3．1 耐蚀性的影响因素32

5．3．2 常用不锈耐酸钢33

第2章 结构与强度36

1 中低压容器36

1．1 中低压容器的结构形状与特点36

1．1．1 圆筒形容器36

1．1．2 球形容器39

1．1．3 非圆形截面容器41

1．2 承压薄壁壳体的应力与强度验算41

1．2．1 承压薄壁壳体的应力分析41

1．2．2 强度设计及校核46

1．3．1 法兰与密封63

1．3 其他承压部件的结构特点与强度验算63

1．3．2 容器的接管、开孔与补强73

2 高压容器82

2．1 结构形式与特点83

2．1．1 筒体结构83

2．1．2 筒体的端部和封头89

2．2 厚壁壳体的应力与强度验算92

2．2．1 厚壁筒体的应力分析92

2．2．2 内压下厚壁圆筒的计算方法96

2．2．3 高压筒体的强度计算99

2．3．2 各种形式高压密封的比较101

2．3 高压密封结构形式与特点101

2．3．1 密封结构和基本要求101

2．4 其他承压零部件的强度验算104

2．4．1 筒体端头104

2．4．2 底封头106

2．4．3 平盖109

3 卧式与塔式容器114

3．1 卧式容器支座结构形式与特点114

3．1．1 支座设计选用原则114

3．1．2 标准鞍式支座的形式及结构特性115

3．1．3 鞍座及结构尺寸对鞍座平面处各项应力的影响116

3．2 卧式容器的强度验算117

3．2．1 概述117

3．1．4 加强圈结构及其对卧式容器受力的影响117

3．2．2 符号说明118

3．2．3 鞍座支承卧式容器的强度计算及分析120

3．2．4 圈座支承卧式容器的强度计算及校核125

3．3 直立设备支座结构形式与特点126

3．3．1 腿式支座126

3．3．2 支承式支座127

3．3．3 耳式支座127

3．3．4 裙式支座128

3．4 塔器的强度及稳定校核130

3．4．1 符号说明130

3．4．2 塔器壁厚校核132

3．4．3 裙式支座强度验算138

4．1 常规设计与分析设计144

4．1．1 常规设计144

3．4．4 塔器法兰当量设计压力144

4 应力分析设计144

4．1．2 分析设计145

4．2 应力分类与评定146

4．2．1 应力分类146

4．2．2 各种应力的起因、位置及特点147

4．2．3 各类应力的强度控制148

4．3 应力分析方法152

4．3．1 解析法152

4．3．2 实验应力分析152

4．3．3 数值解154

4．4．2 压力容器疲劳失效特点155

4．4．1 疲劳失效现象155

4．3．4 应力分析的免除155

4．4 疲劳分析及设计155

4．4．3 以疲劳分析为基础的设计156

第3章 压力容器组装焊接和质量控制165

1 综述165

2 常用焊接方法与焊接材料166

2．1 手工电弧焊166

2．1．1 焊接电弧166

2．1．2 焊接电源167

2．1．3 焊条169

2．1．4 焊接规范174

2．2 埋弧自动焊174

2．2．1 焊丝与焊剂175

2．2．2 焊接过程的自动调节及焊接设备177

2．2．3 埋弧自动焊焊接规范179

2．3 电渣焊180

2．3．1 电渣焊的加热过程180

2．3．2 电渣焊的主要特点181

2．3．3 电渣焊焊接设备和材料182

2．3．4 电渣焊焊接规范对焊缝质量的影响182

2．4 气体保护焊183

2．4．1 氩弧焊183

2．4．2 二氧化碳气体保护焊189

2．5 等离子弧焊接190

2．5．1 等离子弧的产生190

2．5．3 等离子弧焊接特点和主要规范191

2．5．2 等离子弧的特点191

3 焊接接头192

3．1 焊接接头的形式及组成192

3．1．1 焊接接头形式及分类192

3．1．2 焊接接头的组成及力学特点195

3．2 熔化焊传热过程、冶金过程与焊接接头195

3．2．1 焊接热循环195

3．2．2 焊接温度场196

3．2．3 焊接线能量197

3．2．4 焊接传热及冶金过程特点197

3．3 焊接接头的组织与性能198

3．3．1 焊缝的组织与性能198

3．3．2 热影响区的组织与性能200

4 焊接应力202

4．1 焊接应力的产生202

4．2 焊接应力的分布及其影响204

4．2．1 纵向（沿焊缝方向）焊接应力204

4．2．2 横向（垂直焊缝方向）焊接应力204

4．2．3 厚板的焊接应力205

4．2．4 封闭焊缝中的焊接应力205

4．2．5 焊接应力的影响206

4．3 焊接应力的预防与消除206

4．3．1 焊接应力的预防206

4．3．2 焊接应力的消除207

4．4．1 常见焊接变形的种类208

4．4 焊接变形208

4．4．2 预防焊接变形的措施209

5 压力容器常用钢材的焊接211

5．1 钢材的焊接性211

5．1．1 焊接性的含义211

5．1．2 焊接性的估算211

5．1．3 焊接性试验212

5．1．4 焊接工艺评定213

5．2 低碳钢的焊接214

5．2．1 低碳钢的焊接性214

5．2．2 低碳钢焊接方法和焊接材料214

5．3 低合金钢的焊接215

5．2．3 低碳钢焊接的工艺措施215

5．3．1 低合金钢的焊接特点216

5．3．2 16MnR的焊接216

5．3．3 15MnVR的焊接218

5．3．4 18MnMoNbR的焊接219

5．4 不锈钢的焊接219

5．4．1 奥氏体不锈钢的焊接性219

5．4．2 奥氏体不锈钢的焊接221

6 焊接缺陷223

6．1 外观缺陷223

6．1．1 咬边223

6．1．5 烧穿224

6．1．4 未焊满224

6．1．3 凹坑224

6．1．2 焊瘤224

6．1．6 其他表面缺陷225

6．2 气孔和夹渣225

6．2．1 气孔225

6．2．2 夹渣226

6．3 裂纹227

6．3．1 裂纹的分类227

6．3．2 裂纹的危害227

6．3．3 热裂纹（结晶裂纹）227

6．3．4 再热裂纹229

6．3．5 冷裂纹229

6．4 未焊透230

6．5 未熔合231

6．6 其他缺陷231

7 焊接质量的检验与评定231

7．1 常用的无损检验方法与设备231

7．1．1 射线照相231

7．1．2 超声波探伤233

7．1．3 磁粉探伤237

7．1．4 渗透探伤238

7．1．5 其他检验方法239

7．2 焊接质量的常规检验验收240

7．2．1 外观检验240

7．2．2 焊缝内部质量的检查验收242

7．2．3 力学性能试验245

7．2．4 金相检验247

7．2．5 耐压试验248

7．3 焊缝返修248

7．3．1 焊缝返修总的要求248

7．3．2 缺陷清除248

7．3．3 返修操作要点249

8 装配成形缺陷及质量控制249

8．1 常见的装配成形缺陷250

8．1．1 表面缺陷250

8．1．2 截面不圆250

8．1．3 错边与棱角度（角变形）250

8．2．2 错边和棱角度的影响251

8．2．1 截面不圆的影响251

8．2 装配成形缺陷对安全的影响251

8．3 装配成形质量控制253

8．3．1 焊缝布置及坡口加工要求253

8．3．2 封头装配成形允许偏差253

8．3．3 筒壳装配成形允许偏差253

第4章 压力容器的安全装置255

1 安全装置概述255

2 压力容器超压与预防255

2．1 压力容器超压原因与预防255

2．1．1 压力容器超压的原因255

2．1．2 压力容器超压的预防257

2．2 安全泄压装置的类型258

2．3．1 气体或蒸汽贮罐的安全泄放量259

2．3 压力容器的安全泄放量259

2．3．2 液化气体贮罐的安全泄放量260

2．3．3 蒸发、反应容器的安全泄放量262

3 安全阀262

3．1 安全阀的类型262

3．1．1 按加载机构分类262

3．1．2 按阀瓣开启高度分类263

3．1．3 按气体排放方式分类264

3．1．4 按作用原理分类264

3．2 安全阀的排量264

3．3 安全阀的选用269

3．4 安全阀的安装273

3．5 安全阀的试验275

3．6 安全阀的维护277

3．7 安全阀常见故障及其排除方法278

4 爆破片279

4．1 压力容器用爆破片279

4．1．1 爆破片适用的场所279

4．1．2 爆破片的优点及局限性280

4．2 各类爆破片的工作原理与结构280

4．2．1 正拱普通拉伸型（破裂型）280

4．2．2 正拱开缝型283

4．2．3 反拱型284

4．2．4 剪切型（切破式）285

4．2．5 弯曲型（碎裂式）286

4．3 爆破片装置的质量控制286

4．3．3 爆破性能287

4．3．1 一般要求287

4．3．2 产品外观质量287

4．4 爆破片的选用、布置、安装与维护288

4．4．1 爆破片的选用288

4．4．2 爆破片的布置289

4．4．3 爆破片的安装290

4．4．4 爆破片的维护290

4．5 超高压容器用泄压装置（爆破帽）291

4．5．1 结构特点291

4．5．2 爆破帽壁厚计算291

4．5．3 爆破帽的制造292

1 压力容器的分类与制造管理293

1．1 压力容器的分类管理293

第5章 压力容器安全管理293

1．2 压力容器的设计资格审批294

1．2．1 压力容器设计单位的条件294

1．2．2 压力容器设计单位的资格审批294

1．2．3 压力容器设计的审批和备案295

1．3 压力容器制造单位的审批295

1．3．1 压力容器制造单位的条件295

1．3．2 压力容器制造单位的审批295

1．3．3 容器制造许可证的更换和使用要求296

1．4 压力容器制造管理296

1．4．1 产品质量管理296

1．4．2 质量保证体系和质量保证手册298

1．4．3 产品制造质量的监督299

2．1．1 容器的原始技术资料301

2 压力容器的使用管理301

2．1 容器的技术档案301

2．1．2 容器使用情况记录资料302

2．1．3 安全装置技术资料302

2．2 压力容器的使用登记302

2．2．1 容器使用登记办法302

2．2．2 压力容器使用登记管理规则303

2．3 压力容器的使用管理304

2．3．1 容器的安全使用管理工作304

2．3．2 压力容器安全管理制度304

2．4 压力容器的操作与维护306

2．4．1 压力容器的安全操作306

2．4．2 压力容器的维护保养309

3 压力容器的定期检验310

3．1 定期检验的内容与要求310

3．1．1 压力容器定期检验的目的310

3．1．2 压力容器定期检验的周期311

3．1．3 压力容器定期检验的内容312

3．1．4 定期检验的要求315

3．2 压力容器的检验方法319

3．2．1 直观检查和量具检查319

3．2．2 无损探伤320

3．2．3 硬度测定320

3．2．7 耐压试验及残余变形的测定321

3．2．6 金相检验321

3．2．5 化学成分分析321

3．2．4 力学性能试验321

3．2．8 气密性试验324

3．2．9 应力测试325

3．3 压力容器缺陷检查与评定325

3．3．1 常见缺陷及其检查325

3．3．2 缺陷处理329

3．3．3 压力容器安全状况等级评定332

4 气瓶安全管理335

4．1 气瓶的充装335

4．1．1 对气瓶充装单位的要求335

4．1．2 永久气体气瓶的充装336

4．1．3 液化气体气瓶的充装340

4．2．1 气瓶安全装置345

4．2 气瓶的使用管理345

4．2．2 气瓶的运输与贮存350

4．2．3 气瓶的安全使用353

4．3 气瓶的定期检验与评定354

4．3．1 对气瓶检验单位的要求354

4．3．2 定期检验周期和项目355

4．3．3 气瓶定期检验前的准备355

4．3．4 气瓶的定期检验358

4．3．5 检验结果评定364

4．3．6 检验后的工作365

4．4 气瓶事故及预防措施367

4．4．1 充装不当引起的气瓶事故及预防措施367

4．4．2 使用不当引起的事故及预防措施369

5．1 压力容器爆炸的危害370

5．1．1 压力容器爆炸能量370

5 压力容器的事故管理370

5．1．2 压力容器爆炸的危害372

5．2 压力容器的事故处理375

5．2．1 压力容器事故报告办法375

5．2．2 压力容器事故的调查与分析376

5．2．3 压力容器事故的处理381

1．1 机械产品失效的分类382

1．1．1 从技术分析的观点分类382

1．1．2 从质量管理和可靠性工程的观点分类382

1 失效和失效分析的基本概念382

第6章 压力容器的失效分析和安全评定382

1．1．3 从“经济法”的观点分类385

1．2 失效分析的基础385

1．3 安全评定的基础386

2 压力容器失效分析的基本思路388

2．1 压力容器脆性爆破事故技术原因的综合分析程序和思路综述388

2．2 压力容器脆性爆破技术原因综合分析的若干关键技术和方法388

2．2．1 韧、脆爆破性质的划分标准和变形程度的检查方法388

2．2．2 爆破能量的反推方法388

2．2．3 超装升温时压力容器的压力变化规律391

2．2．4 裂纹动态性质的分析方法392

2．2．5 化学反应爆破分析方法392

2．2．6 爆破模式的转化394

3 压力容器环境导致的失效及其分析395

3．1．1 应力腐蚀断裂发生的条件396

3．1 应力腐蚀断裂396

3．1．2 应力腐蚀断裂的基本规律398

3．1．3 应力腐蚀断裂的特征和判断400

3．2 氢脆401

3．2．1 氢脆现象401

3．2．2 氢脆断裂的特征和判断402

3．2．3 氢脆与应力腐蚀断裂的比较403

3．3 蒸汽腐蚀403

3．4 碱脆404

3．5 液态金属脆化405

3．6 硫腐蚀407

3．6．2 锅炉过热器管的高温硫腐蚀408

3．6．1 高压锅炉水冷壁管的硫腐蚀408

3．6．3 含镍合金钢的硫腐蚀409

3．6．4 硫的低温腐蚀409

3．7 钒腐蚀410

3．8 辐照脆化410

4 压力容器的疲劳失效及其分析411

4．1 低周疲劳与高周疲劳的联系与区别413

4．2 低周疲劳的循环硬化与软化414

4．3 低周疲劳曲线415

4．4 影响低周疲劳的主要因素417

4．5 热疲劳417

4．5．1 热疲劳现象417

4．6．1 腐蚀疲劳失效及其机理418

4．5．2 热疲劳的应力-应变曲线418

4．6 腐蚀疲劳418

4．6．2 影响腐蚀疲劳的主要因素419

5 压力容器的蠕变失效及其分析420

5．1 压力容器用金属材料在高温条件下长期工作时组织和性能的变化420

5．2 蠕变断裂421

5．3 材料的持久寿命预测423

5．3．1 等温双对数直线外推法423

5．3．2 Larson-Miller法424

5．3．3 变温变应力条件下的寿命预测424

6 在役含缺陷压力容器的断裂安全评定技术基础425

6．1 压力容器安全评定中的断裂力学基础425

6．2 压力容器缺陷断裂评定技术的发展427

6．3 R6失效评定图的发展429

6．3．1 以D-M为基础的失效评定曲线（FAC）429

6．3．2 以J积分为基础的失效评定曲线（FAC）430

6．4 失效评定图在在役压力容器缺陷断裂评定中的应用433

6．4．1 断裂评定在缺陷评定中的地位433

6．4．2 用失效评定图对断裂失效进行评定的方法433

6．5 一些因素对评定点与评定结果的影响439

6．5．1 温度对评定点及评定结果的影响439

6．5．2 应变时效对评定结果的影响440

6．6 失效评定技术的新发展440

7 在役含缺陷压力容器的疲劳安全评定技术基础441

参考文献443