过程装备制造Chapter+4+焊接结构的断裂失效与防治

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1、Chapter4焊接结构的断裂失效与防治本章重点：1.焊接结构断裂失效的分类及危害2.焊接脆性断裂的防治方法3.焊接疲劳断裂的防治方法4.焊接应力腐蚀断裂防治方法本章难点：1.焊接结构断裂失效的分类及危害2.焊接脆性断裂的防治方法1.焊接结构断裂失效的分类及危害5.1焊接结构断裂失效的分类及危害焊接结构断裂失效中，最为严重的是脆性断裂失效、疲劳断裂失效和应力腐蚀断裂失效三种类型。1.脆性断裂失效脆性断裂---通常称为低应力脆断。一般都在应力低于结构的设计应力和没有显著的塑性变形的情况下发生的。焊接结构断裂失效的分类及危害疲劳断裂失效金属材料及其结构因受交变载荷而发生损坏或断

2、裂的现象，称为疲劳断裂。疲劳断裂过程一般由三个阶段组成：①初始疲劳裂纹在应力集中区孕育、萌生；②裂纹亚临界扩展或稳定扩展；③失稳扩展，以至与断裂。焊接结构断裂失效的分类及危害应力腐蚀断裂失效腐蚀是材料与周围介质作用产生的物理化学过程。而应力腐蚀是指敏感金属或合金在一定的拉应力和一定腐蚀介质环境共同作用下所产生的腐蚀断裂过程。2.焊接结构脆性断裂的防治1.焊接结构脆性断裂的原因①由大量破坏、失效事故的分析研究中发现，焊接结构低应力脆断破坏的根本原因在于结构中存在着各种缺陷和裂纹。②这些裂纹和缺陷的产生一部分是在结构的加工制造过程中。另一部分是在使用过程中如疲劳裂纹、应力腐蚀裂

3、纹。③其中裂纹是最严重的缺陷，而焊接则是产生裂纹的主要原因。焊接过程引起的两种脆化①焊接时由于加热、冷却引起接头区冶金组织变化，冷却过程中形成的高碳马氏体和粗大晶粒等金相组织将使焊接接头区韧性降低，另外，微量有害元素偏聚和氢含量增加也是导致韧性降低的原因。②焊接热循环过程中产生的塑性应变会引起热应变脆化。焊接结构脆性断裂的防治方法1降低结构局部区域的应力水平①设计过程中的控制措施②制造工艺中的控制措施③消除焊接残余应力焊接结构脆性断裂的防治方法2减少结构缺陷①合理设计②优化制造工艺焊接结构脆性断裂的防治方法3改善材料的断裂韧性①正确的设计选材应采用“等韧性”或“等性能”原则

4、，才能保证焊缝区不成为结构的薄弱环节，以避免脆性断裂。②优化焊接工艺③合理制订、严格执行耐压试验规程3焊接结构疲劳断裂的防治方法1.焊接结构疲劳断裂的原因和影响因素疲劳断裂是在循环应力、拉应力和塑性应变这三者的共同作用下发生的低应力破坏。由于焊接结构易于存在焊接缺陷和较严重的应力集中，所以焊接结构的疲劳往往是从焊接接头处产生。焊接结构疲劳断裂的原因和影响因素1.应力的影响①增加拉伸应力会降低疲劳寿命，而增加压缩应力则可提高疲劳强度。②焊接残余应力会降低焊接接头的疲劳强度，这时构件的平均应力随之提高，应力比增大，裂纹扩展速率会增加。2.接头形式及应力集中的影响3.焊接缺陷的影

5、响4.热影响区金属性能变化的影响提高焊接结构疲劳强度的方法2.1降低应力集中凡是降低应力集中的措施都可提高结构的疲劳强度，有：①合理设计构件的结构形式，减少应力集中。②尽量选择应力集中系数小的焊接接头形式，并保证母材与焊缝之间平缓过渡。2.2减少、调整焊接应力对于焊接接头，减小、消除残余拉应力或使该处产生残余应力都可提高疲劳强度。2.3焊缝表面打磨、抛光，表面强化处理4.焊接结构应力腐蚀断裂的防治1应力腐蚀裂纹产生的机理和影响因素1.1定义：应力腐蚀：指敏感金属或合金在一定拉应力和一定腐蚀介质环境共同作用下所引起的腐蚀断裂过程。1.2两种机理：1.2.1电化学应力腐蚀机理1

6、.2.2机械破裂应力腐蚀开裂机理防止和控制焊接结构产生应力腐蚀的措施2防止和控制焊接结构产生应力腐蚀的措施2.1设计方面的控制2.2制造工艺过程中的控制①焊接材料选择②焊接工艺条件的控制③控制冷作变形