⑴ 焊接結構的疲勞破壞和脆性斷裂
焊接結構的疲勞破壞和脆性斷裂是工程中常見的失效模式,它們對結構的安全性和可靠性構成了重大威脅。以下將詳細介紹焊接結構的疲勞破壞、脆性斷裂的特點、影響因素及改善措施。
焊接結構的疲勞破壞是指由重復應力引起的裂紋起始與緩慢擴展,導致結構損傷的過程。疲勞斷口通常分為三個區域:疲勞源區、疲勞擴展區和瞬時擴展區。疲勞源區是裂紋的起始點,宏觀分析時難以分辨。疲勞擴展區顯示出貝殼狀或海灘波紋狀條紋,其微觀特徵為疲勞輝紋,每個貝殼花紋內包含數以萬計條紋,每條紋代表一次載荷循環。瞬時破斷區(最終破斷區)是裂紋擴展至臨界尺寸後發生的快速破壞。
焊接結構的疲勞強度受到多種因素影響,包括應力集中、截面尺寸、表面狀態、載入情況等。焊接結構本身的特點,如接頭部位近縫區性能變化和焊接殘余應力,也可能對疲勞產生影響。應力集中的影響體現在接頭部位,不同的應力集中程度對接頭疲勞強度產生不同影響。近縫區金屬性能變化對接頭疲勞強度的影響較小。殘余應力對結構疲勞強度的影響取決於其分布狀態,殘余應力分布影響著疲勞強度,尤其是在應力集中的區域,如應力集中處、受彎曲構件的外緣等。焊接缺陷,包括裂紋、未熔合、未焊透等,對疲勞強度的影響與缺陷的種類、尺寸、方向和位置有關。
為提高焊接結構的疲勞強度,可以採取以下措施:降低構件中的應力集中程度,通過合理選擇構件結構形式、接頭形式、焊接規范,以及採用表面機械加工方法來減少接頭應力集中。改善焊接結構疲勞強度的工藝措施包括正確選擇焊接規范,確保焊縫良好成形和內外部無缺陷;調整殘余應力,通過整體退火或超載預拉伸法、局部加熱、輾壓、局部爆炸等方法處理接頭部位;改善材料的機械性能,如進行表面強化處理,通過小輪擠壓、輕打焊縫表面及過渡區或使用小鋼丸噴射焊縫區域提高接頭疲勞強度。此外,採用特殊保護措施,如使用塑料塗層,能夠顯著改善焊接接頭的疲勞性能。
焊接結構的脆性斷裂通常在應力不高於設計應力且沒有顯著塑性變形的情況下發生,表現為從應力集中處開始的快速擴展。脆斷的原因包括材料選用不當、設計不合理、製造工藝不完善等。影響金屬脆性斷裂的因素包括溫度、應力狀態、載入速度和材料狀態。例如,溫度降低會促使材料從塑性破壞轉變為脆性破壞。應力狀態系數與載入方式和零件形狀有關,б增大的應力狀態有利於塑性變形和韌性斷裂,而б減少則有利於正應力的脆性斷裂。載入速度的提高會促使材料脆性破壞,類似於降低溫度的效果。板厚度、晶粒度和化學成分等因素也對脆性轉變溫度和脆性斷裂產生影響,如厚板在缺陷處容易形成三向應力狀態,晶粒越細,其脆性轉變溫度越低,鋼中的C、N、O、H、S、P等元素會增加鋼材的脆性。
⑵ 焊後熱處理是指什麼退火
針對不同的焊接材料和焊接方法,為消除焊接缺陷所採取的各種熱處理方法,稱之為焊後熱處理,
主要有如下幾種。
(1)從組織看
熱處理的目的是將材料硬化、脆性化的組織軟化,形成了強度、韌性較好的退火組織,提高焊縫接頭材料的延展性喝斷裂韌性。
(2)從應力狀態看
為了消除冷熱不均勻的應力狀態,達到鬆弛焊接應力,穩定結構尺寸形狀,需要採用去應力退火或者人工時效熱處理,使材料性能回復。
(3)提高抗腐蝕能力
對於奧氏體不銹鋼類產品,焊接組織和應力會降低材料的抗腐蝕能力,必須對焊接區域進行去應力處理。
(4)防止熱應變時效脆化
焊接後需要熱處理退火。
(5)焊後的去氫處理
主要是加快焊縫中的氫的逸出,對於低合金鋼焊接件尤其需要。
所以,人工時效只是焊後熱處理中,一種去除焊接應力的方法。