常見問答

分析焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的基本理論

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1、脆性斷裂的主要特征

宏觀：斷裂前無明顯塑性變形，沒有任何先兆，突然性強(qiáng)。

斷裂時(shí)所承受載荷不大，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)時(shí)的許用應(yīng)力，是典型的低應(yīng)力破壞形式。

2、影響金屬脆性斷裂的因素

1）應(yīng)力狀態(tài)的影響；

2）溫度的影響

3）；加載速度的影響；

4）材料狀態(tài)的影響。

3、焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生脆性斷裂的原因

1）焊接結(jié)構(gòu)本身：剛性大，整體性強(qiáng)，構(gòu)件間很難發(fā)生相對(duì)位移，焊接應(yīng)力很難消除，且對(duì)應(yīng)力集中特別敏感。止裂能力差，裂紋容易在構(gòu)件之間擴(kuò)展，繼而擴(kuò)展到整體。

2）焊接熱循環(huán)：熱影響區(qū)組織脆化，韌性下降。

改變材料脆性轉(zhuǎn)變溫度。對(duì)某些高強(qiáng)鋼，板厚為30 mm，線輸入達(dá)50000J/cm時(shí)，可使脆性轉(zhuǎn)變點(diǎn)升高50~100℃

3）焊接殘余應(yīng)力：脆性材料降低材料實(shí)際承載能力。

產(chǎn)生應(yīng)力集中，使微裂紋擴(kuò)展成脆性斷裂源。

4）備料及成形加工

5）焊接缺陷：裂紋、未焊透等面缺陷可能直接成為斷裂源。

氣孔、夾渣等三維缺陷會(huì)降低結(jié)構(gòu)的實(shí)際強(qiáng)度，并可能誘發(fā)微裂紋，如擴(kuò)展到表面，就可能成為斷裂源。

4、防止焊接結(jié)構(gòu)脆性斷裂的措施

1）正確選用材料；

2）采用合理的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；

3）不可采用過厚截面；

4）了解焊接結(jié)構(gòu)的工作條件

5、脆性斷裂的特征

無明顯塑性變形的低應(yīng)力破壞，突然性強(qiáng)。

產(chǎn)生脆斷的原因：

1）使用溫度低于脆性轉(zhuǎn)變溫度使塑性材料變脆；

2）焊接熱循環(huán)容易使熱影響區(qū)組織粗大，塑性下降;

3）焊接殘余應(yīng)力使焊接接頭強(qiáng)度下降并且接頭處易產(chǎn)生應(yīng)力集中；

4）焊接缺陷使結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載面積減小，并可能引起微裂紋；

5）備料及成形加工時(shí)容易引入缺陷和降低材料塑性；

6）焊接結(jié)構(gòu)剛度大，焊接應(yīng)力難消除，裂紋在構(gòu)件之間擴(kuò)展容易。

生產(chǎn)和設(shè)計(jì)中防止脆斷的措施：了解使用條件；合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)；降低應(yīng)力集中；盡量減少缺陷。

6、焊接結(jié)構(gòu)的疲勞破壞

動(dòng)荷載的概念：所謂靜荷載是指由零緩慢地增加到某一定值后保持不變或變動(dòng)很小的荷載。構(gòu)件受靜荷載作用時(shí)，體內(nèi)各點(diǎn)沒有加速度，或加速度很小可忽略不計(jì)，此時(shí)構(gòu)件處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的平衡狀態(tài)。

在靜荷載作用下，構(gòu)件中產(chǎn)生的應(yīng)力稱為靜應(yīng)力。相反，若構(gòu)件在荷載作用下，體內(nèi)各點(diǎn)有明顯的加速度，或者荷載隨時(shí)間有顯著的變化，這類荷載稱為動(dòng)荷載。

交變應(yīng)力工程中的某些構(gòu)件工作時(shí)，其力往往隨時(shí)間作周期性變化，這種應(yīng)力稱為交變應(yīng)力。

7、疲勞破壞的特點(diǎn)

1）交變應(yīng)力下材料發(fā)生破壞時(shí)的**大應(yīng)力，一般低于靜荷載作用的強(qiáng)度**限，有時(shí)甚至低于屈服**限（低應(yīng)力破壞）。

2）無論是脆性材料還是塑性材料，在交變應(yīng)力作用下，均表現(xiàn)為脆性斷裂，沒有明顯的塑性變形。

3）材料發(fā)生破壞時(shí)，交變應(yīng)力的循環(huán)次數(shù)與應(yīng)力的大小有關(guān)，應(yīng)力越大，循環(huán)次數(shù)越少。

4）斷裂面上有裂紋的起源點(diǎn)和兩個(gè)明顯不同的區(qū)域，即光滑區(qū)域和粗糙區(qū)域。

8、疲勞破壞的過程

構(gòu)件的疲勞破壞，實(shí)質(zhì)上是裂紋的產(chǎn)生、擴(kuò)展和**后斷裂的全過程。

三個(gè)階段組成：1.在應(yīng)力集中處產(chǎn)生初始疲勞裂紋；2.裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展；3.結(jié)構(gòu)斷裂。

疲勞破壞是積累損傷的結(jié)果。缺陷→微觀裂紋→宏觀裂紋。

9、影響焊接接頭疲勞強(qiáng)度的因素

1）應(yīng)力集中的影響：對(duì)接焊縫由于形狀變化不大，因此，它的應(yīng)力集中比其它形式的接頭要小； T形(十字)接頭的疲勞強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對(duì)接接頭。在搭接接頭中，由于其應(yīng)力集中很嚴(yán)重，其疲勞強(qiáng)度也是很低的。

2）殘余應(yīng)力的影響：殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的影響，取決于殘余應(yīng)力的分布狀態(tài)。在工作應(yīng)力較高的區(qū)域，如應(yīng)力集中處，受彎曲構(gòu)件的外緣，殘余應(yīng)力是拉伸的，則它降低疲勞強(qiáng)度；反之，若該處存在壓縮殘余應(yīng)力，則提高疲勞強(qiáng)度。另外殘余應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響，還與應(yīng)力集中程度、應(yīng)力循環(huán)特征以及循環(huán)次數(shù)等因素有關(guān)，特別是應(yīng)力集中系數(shù)越高，殘余應(yīng)力影響越顯著。

3）缺陷的影響：焊接缺陷對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響大小與缺陷的種類、尺寸、方向和位置有關(guān)。片狀缺陷(如裂紋、未熔合、未焊透)比帶圓角的缺陷(如氣孔)影響大；表面缺陷比內(nèi)部影響大；位于應(yīng)力集中區(qū)的缺陷比在均勻應(yīng)力場中的同樣缺陷影響大；與作用力方向垂直的片狀缺陷的影響比其它方向的大；位于殘余拉應(yīng)力場內(nèi)的缺陷比在殘余壓應(yīng)力區(qū)的影響大。值得說明的是，同樣尺寸的缺陷對(duì)不同材料焊接結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度的影響也不相同。

10、提高焊接接頭疲勞強(qiáng)度的措施

1）降低應(yīng)力集中

2）調(diào)整殘余應(yīng)力場：①?整體處理，整體處理包括整體退火或超載預(yù)拉伸法。②?局部處理。采用局部加熱或擠壓可以調(diào)節(jié)焊接殘余應(yīng)力場，在應(yīng)力集中處產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力；

3）改善材料的力學(xué)性能：表面強(qiáng)化處理，擠壓捶擊焊縫表面和過渡區(qū)，表面噴丸處理等；

4）特殊保護(hù)措施：如油漆或鍍鋅等。