⑴ 焊接结构的疲劳破坏和脆性断裂
焊接结构的疲劳破坏和脆性断裂是工程中常见的失效模式,它们对结构的安全性和可靠性构成了重大威胁。以下将详细介绍焊接结构的疲劳破坏、脆性断裂的特点、影响因素及改善措施。
焊接结构的疲劳破坏是指由重复应力引起的裂纹起始与缓慢扩展,导致结构损伤的过程。疲劳断口通常分为三个区域:疲劳源区、疲劳扩展区和瞬时扩展区。疲劳源区是裂纹的起始点,宏观分析时难以分辨。疲劳扩展区显示出贝壳状或海滩波纹状条纹,其微观特征为疲劳辉纹,每个贝壳花纹内包含数以万计条纹,每条纹代表一次载荷循环。瞬时破断区(最终破断区)是裂纹扩展至临界尺寸后发生的快速破坏。
焊接结构的疲劳强度受到多种因素影响,包括应力集中、截面尺寸、表面状态、加载情况等。焊接结构本身的特点,如接头部位近缝区性能变化和焊接残余应力,也可能对疲劳产生影响。应力集中的影响体现在接头部位,不同的应力集中程度对接头疲劳强度产生不同影响。近缝区金属性能变化对接头疲劳强度的影响较小。残余应力对结构疲劳强度的影响取决于其分布状态,残余应力分布影响着疲劳强度,尤其是在应力集中的区域,如应力集中处、受弯曲构件的外缘等。焊接缺陷,包括裂纹、未熔合、未焊透等,对疲劳强度的影响与缺陷的种类、尺寸、方向和位置有关。
为提高焊接结构的疲劳强度,可以采取以下措施:降低构件中的应力集中程度,通过合理选择构件结构形式、接头形式、焊接规范,以及采用表面机械加工方法来减少接头应力集中。改善焊接结构疲劳强度的工艺措施包括正确选择焊接规范,确保焊缝良好成形和内外部无缺陷;调整残余应力,通过整体退火或超载预拉伸法、局部加热、辗压、局部爆炸等方法处理接头部位;改善材料的机械性能,如进行表面强化处理,通过小轮挤压、轻打焊缝表面及过渡区或使用小钢丸喷射焊缝区域提高接头疲劳强度。此外,采用特殊保护措施,如使用塑料涂层,能够显著改善焊接接头的疲劳性能。
焊接结构的脆性断裂通常在应力不高于设计应力且没有显著塑性变形的情况下发生,表现为从应力集中处开始的快速扩展。脆断的原因包括材料选用不当、设计不合理、制造工艺不完善等。影响金属脆性断裂的因素包括温度、应力状态、加载速度和材料状态。例如,温度降低会促使材料从塑性破坏转变为脆性破坏。应力状态系数与加载方式和零件形状有关,б增大的应力状态有利于塑性变形和韧性断裂,而б减少则有利于正应力的脆性断裂。加载速度的提高会促使材料脆性破坏,类似于降低温度的效果。板厚度、晶粒度和化学成分等因素也对脆性转变温度和脆性断裂产生影响,如厚板在缺陷处容易形成三向应力状态,晶粒越细,其脆性转变温度越低,钢中的C、N、O、H、S、P等元素会增加钢材的脆性。
⑵ 焊后热处理是指什么退火
针对不同的焊接材料和焊接方法,为消除焊接缺陷所采取的各种热处理方法,称之为焊后热处理,
主要有如下几种。
(1)从组织看
热处理的目的是将材料硬化、脆性化的组织软化,形成了强度、韧性较好的退火组织,提高焊缝接头材料的延展性喝断裂韧性。
(2)从应力状态看
为了消除冷热不均匀的应力状态,达到松弛焊接应力,稳定结构尺寸形状,需要采用去应力退火或者人工时效热处理,使材料性能回复。
(3)提高抗腐蚀能力
对于奥氏体不锈钢类产品,焊接组织和应力会降低材料的抗腐蚀能力,必须对焊接区域进行去应力处理。
(4)防止热应变时效脆化
焊接后需要热处理退火。
(5)焊后的去氢处理
主要是加快焊缝中的氢的逸出,对于低合金钢焊接件尤其需要。
所以,人工时效只是焊后热处理中,一种去除焊接应力的方法。