過程裝備制造Chapter+4+焊接結(jié)構(gòu)的斷裂失效與防治

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1、Chapter4焊接結(jié)構(gòu)的斷裂失效與防治本章重點：1.焊接結(jié)構(gòu)斷裂失效的分類及危害2.焊接脆性斷裂的防治方法3.焊接疲勞斷裂的防治方法4.焊接應(yīng)力腐蝕斷裂防治方法本章難點：1.焊接結(jié)構(gòu)斷裂失效的分類及危害2.焊接脆性斷裂的防治方法1.焊接結(jié)構(gòu)斷裂失效的分類及危害5.1焊接結(jié)構(gòu)斷裂失效的分類及危害焊接結(jié)構(gòu)斷裂失效中，最為嚴(yán)重的是脆性斷裂失效、疲勞斷裂失效和應(yīng)力腐蝕斷裂失效三種類型。1.脆性斷裂失效脆性斷裂---通常稱為低應(yīng)力脆斷。一般都在應(yīng)力低于結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)力和沒有顯著的塑性變形的情況下發(fā)生的。焊接結(jié)構(gòu)斷裂失效的分類及危害疲勞斷裂失效金屬材料及其結(jié)構(gòu)因受交變載荷而發(fā)生損壞或斷

2、裂的現(xiàn)象，稱為疲勞斷裂。疲勞斷裂過程一般由三個階段組成：①初始疲勞裂紋在應(yīng)力集中區(qū)孕育、萌生；②裂紋亞臨界擴(kuò)展或穩(wěn)定擴(kuò)展；③失穩(wěn)擴(kuò)展，以至與斷裂。焊接結(jié)構(gòu)斷裂失效的分類及危害應(yīng)力腐蝕斷裂失效腐蝕是材料與周圍介質(zhì)作用產(chǎn)生的物理化學(xué)過程。而應(yīng)力腐蝕是指敏感金屬或合金在一定的拉應(yīng)力和一定腐蝕介質(zhì)環(huán)境共同作用下所產(chǎn)生的腐蝕斷裂過程。2.焊接結(jié)構(gòu)脆性斷裂的防治1.焊接結(jié)構(gòu)脆性斷裂的原因①由大量破壞、失效事故的分析研究中發(fā)現(xiàn)，焊接結(jié)構(gòu)低應(yīng)力脆斷破壞的根本原因在于結(jié)構(gòu)中存在著各種缺陷和裂紋。②這些裂紋和缺陷的產(chǎn)生一部分是在結(jié)構(gòu)的加工制造過程中。另一部分是在使用過程中如疲勞裂紋、應(yīng)力腐蝕裂

3、紋。③其中裂紋是最嚴(yán)重的缺陷，而焊接則是產(chǎn)生裂紋的主要原因。焊接過程引起的兩種脆化①焊接時由于加熱、冷卻引起接頭區(qū)冶金組織變化，冷卻過程中形成的高碳馬氏體和粗大晶粒等金相組織將使焊接接頭區(qū)韌性降低，另外，微量有害元素偏聚和氫含量增加也是導(dǎo)致韌性降低的原因。②焊接熱循環(huán)過程中產(chǎn)生的塑性應(yīng)變會引起熱應(yīng)變脆化。焊接結(jié)構(gòu)脆性斷裂的防治方法1降低結(jié)構(gòu)局部區(qū)域的應(yīng)力水平①設(shè)計過程中的控制措施②制造工藝中的控制措施③消除焊接殘余應(yīng)力焊接結(jié)構(gòu)脆性斷裂的防治方法2減少結(jié)構(gòu)缺陷①合理設(shè)計②優(yōu)化制造工藝焊接結(jié)構(gòu)脆性斷裂的防治方法3改善材料的斷裂韌性①正確的設(shè)計選材應(yīng)采用“等韌性”或“等性能”原則

4、，才能保證焊縫區(qū)不成為結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，以避免脆性斷裂。②優(yōu)化焊接工藝③合理制訂、嚴(yán)格執(zhí)行耐壓試驗規(guī)程3焊接結(jié)構(gòu)疲勞斷裂的防治方法1.焊接結(jié)構(gòu)疲勞斷裂的原因和影響因素疲勞斷裂是在循環(huán)應(yīng)力、拉應(yīng)力和塑性應(yīng)變這三者的共同作用下發(fā)生的低應(yīng)力破壞。由于焊接結(jié)構(gòu)易于存在焊接缺陷和較嚴(yán)重的應(yīng)力集中，所以焊接結(jié)構(gòu)的疲勞往往是從焊接接頭處產(chǎn)生。焊接結(jié)構(gòu)疲勞斷裂的原因和影響因素1.應(yīng)力的影響①增加拉伸應(yīng)力會降低疲勞壽命，而增加壓縮應(yīng)力則可提高疲勞強(qiáng)度。②焊接殘余應(yīng)力會降低焊接接頭的疲勞強(qiáng)度，這時構(gòu)件的平均應(yīng)力隨之提高，應(yīng)力比增大，裂紋擴(kuò)展速率會增加。2.接頭形式及應(yīng)力集中的影響3.焊接缺陷的影

5、響4.熱影響區(qū)金屬性能變化的影響提高焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的方法2.1降低應(yīng)力集中凡是降低應(yīng)力集中的措施都可提高結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度，有：①合理設(shè)計構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式，減少應(yīng)力集中。②盡量選擇應(yīng)力集中系數(shù)小的焊接接頭形式，并保證母材與焊縫之間平緩過渡。2.2減少、調(diào)整焊接應(yīng)力對于焊接接頭，減小、消除殘余拉應(yīng)力或使該處產(chǎn)生殘余應(yīng)力都可提高疲勞強(qiáng)度。2.3焊縫表面打磨、拋光，表面強(qiáng)化處理4.焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)力腐蝕斷裂的防治1應(yīng)力腐蝕裂紋產(chǎn)生的機(jī)理和影響因素1.1定義：應(yīng)力腐蝕：指敏感金屬或合金在一定拉應(yīng)力和一定腐蝕介質(zhì)環(huán)境共同作用下所引起的腐蝕斷裂過程。1.2兩種機(jī)理：1.2.1電化學(xué)應(yīng)力腐蝕機(jī)理1

6、.2.2機(jī)械破裂應(yīng)力腐蝕開裂機(jī)理防止和控制焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的措施2防止和控制焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的措施2.1設(shè)計方面的控制2.2制造工藝過程中的控制①焊接材料選擇②焊接工藝條件的控制③控制冷作變形