焊接芯轴断裂失效分析
一、背景资料
1.1 失效件断口形貌
某公司送来断裂失效芯轴样品，据该公司相关人员介绍断裂失效发生在焊缝位置。送检断裂芯轴样品宏观形貌如图1和图2所示。要求分析套筒与芯轴焊缝在使用过程中发生断裂的原因。限于断裂后失效件的采集受限，厂方仅送检一半失效件（芯轴）；另外从已焊接完成而未断的实际产品上线切割制取了含完整焊缝的试样，如图3所示。
图1 送检样品宏观形貌图2 送检样品图1中的局部放大
（a）焊缝正面（b）含完整焊缝试样的侧面
图3 含完整焊缝的试样
1.2 失效件成分及性能
套筒材料为27SiMn钢，芯轴材料为20#钢，其化学成分以及力学性能由该公司提供，具体数值见下表。
表1 27SiMn钢的化学成分（质量分数）（%）
试验项
目
C Mn Si S P Cr Ni Cu
保证值
0.24
~0.32
1.1
~1.4
1.1
~1.4
≤
0.03
5
≤
0.03
5
≤
0.25
≤
0.30
≤
0.25
表2 27SiMn钢的力学性能
试验项目σ
b （MPa）σ
s
（MPa）A（%）Z
一般值980 835 40 12
表3 20#钢化学成分（质量分数）（%）
试验项
目C Mn Si S P Cr Ni Cu
A
B
A
B
保证值
0.17
~0.24 0.35 ~0.65 0.17
~0.37
≤
0.03
5
≤
0.03
5
≤
0.25 ≤
0.25 ≤
0.25 表4 20#钢的力学性能
试验项目 σb （MPa ） σs （MPa ）
A （%） Z 一般值
370-520
215
27
24
1.3 失效件的结构
套筒与芯轴的焊接结构如图所示，坡口形式见图。焊接采用Φ1.2焊丝JM-58，焊接时适宜的焊接参数为I=235~300A ，U=28~32V ，Q=15~20L/min 。
图4 芯轴套筒焊接结构形式剖面图
二、断裂失效分析的思路[1]
1.现场基本情况调查，调查了解断裂失效件的有关情况和使用历史情况。
2.失效分析的初步判断，根据失效件的使用情况、工作环境、宏观特征等进行初步的判断，为后续的实验分析做准备。
3.建立具体的分析思路并实施工作程序，主要包括化学成分分析、力学性能分析、显微硬度分析、显微金相组织分析、断口分析等。
4.断裂失效机理综合分析阶段，根据基本分析结论的提示，研究断裂失效件的设计、生产和工作过程中与失效相关的内外因素以及失效机理。
5.排除断裂失效措施研究阶段，根据其产生的断裂失效机理，研究出切实、有效、可行的方案，减少或防止类似事故的再次发生。
三、现有资料分析 3.1 材料检验
利用GP1000光谱分析仪器对送检的完整焊缝及两边母材进行化学成分分析，测试结果见表5。
表5 送检样品焊缝及母材的化学成分测定结果(%)
通过对比表1、表3与表5可以明显发现：芯轴化学成分与厂方所提供的标准材质（20#钢）不符，标准材质的碳含量上限是0.24,但是实际采用的材质碳含量高达0.478，严重超标。如此高
试样 C Si Mn P
S
Cr
Ni Cu 20#钢 0.478 0.238 0.72
0.016 0.013 0.064
<0.001 0.005
27SiMn 0.304 1.146 1.337 0.013 0.011 0.095 0.02 0.108 焊缝
0.207
0.647
1.113 0.015 0.011 0.065
0.002
0.065
的碳含量，严重恶化了焊接性，但厂家依然按照20#钢的焊接工艺进行焊接，是焊缝失效的重要原因；
碳当量法是一种粗略评价低合金钢冷裂纹敏感性的方法，由于焊接热影响区的淬硬及冷裂倾向于化学成分直接有关，所以可以用化学成分来评估冷裂纹敏感性的大小，进而初步判断材料的焊接性的好坏。下面利用公式Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15计算可以得出20#的碳当量为0.61133,27SiMn的碳当量为0.5537，显然20#的焊接性相对于27SiMn差一些[2]。
3.2 结构设计
由图4芯轴套筒焊接结构形式剖面图可以发现，为了便于安装定位，芯轴采用过盈配合的轴肩设计。安装的过程中，过盈配合会存在较大的安装应力。另外在焊接过程中，轴肩位置也可能会产生未焊透，或者是12mm长的轴肩没有完全焊透，就会在未焊透的尖端产生应力集中。上述两种情况都在不同程度上造成了后续使用过程中芯轴的断裂失效，因为应力集中位置，极易产生微裂纹，最终诱发焊接件的失效开裂。
为了有效的避免产生应力集中，我们可以采用专门的定位装置，从而取消定位轴肩结构。为此，我建议采用车床上面的三抓卡盘进行定位，这样有效的避免了轴肩结构，从而减小了应力集中，极大地减轻了应力集中诱发产生的裂纹，具体的结构形式及装夹方式见图5。
图5 三抓卡盘式焊接定位装夹装置示意图
3.3 宏观组织分析
从送检的断裂失效件和厂家送检的完整焊缝上分别截取断口加工制备金相试样。金相试样制备是在金相砂纸上磨至2000#，然后抛光，洗净后用4%硝酸酒精溶液浸蚀，在VHX-600K型超景深三维显微系统下进行组织和宏观断口形貌观察。
图6 焊缝宏观端口形貌
由图6可以明显发现，焊缝中存在大面积的未焊透，导致焊缝底部处于三向应力状态，产生较大的应力集中。同时还可以发现，在焊缝中有气孔和夹杂物，这些焊接缺陷的存在严重削弱了焊缝的力学性能。
3.4 显微组织分析
送检的断裂失效件和厂家送检的完整焊缝上截取试样进行分析。断裂面经丙酮超声波清洗后，采用JXA-8800R型电子探针对断口形貌进行观察。
图7 断口形貌图
由上图可以明显看出贝纹线，确定为疲劳断裂。焊缝表层以及近母材位置的未焊透区域都可以发现疲劳源，疲劳源处由于不断的挤压、摩擦，照片上显示非常光亮。此焊缝为多个疲劳源共存，但是启裂顺序需要进一步的验证。可以通过硬度试验，确定最先启裂的位置。
四、下一步分析计划
4.1 金相分析
借助扫描电子显微镜确定多个裂纹源的具体位置和扩展路径。分别在断裂源及扩展路径处，按照国家标准选取、制备、加工试样进行组织观察，最终确定裂纹的启裂位置。
4.2 硬度分析
取金相测试后的试样，采用HVS-10ZC型硬度计对送检样品进行硬度测试。通过测量硬度，我们可以明显发现裂纹源。同时通过对比不同裂纹源处的硬度值，可以确定出裂纹的启裂顺序。4.3 X射线衍射
用X射线无损检测，明确该结构设计是否会引起未焊透，判别焊接工艺参数选取是否合理，焊接是否存在不当操作。
五、断裂失效原因综合分析
焊接芯轴的断裂失效是由于各方面的综合作用最终造成的，下面就几个方面说明断裂失效的主要原因：
1.结构设计方面：定位轴肩引起严重的应力集中，加之在未焊透时，该处在三向应力作用下，收到拉弯组合下的交变应力作用，很容易导致低应力下的疲劳断裂。
2.选材及工艺方面：20#钢的材质中碳含量严重偏离标准材质上限，如此高的含碳量严重的恶化了焊接性。但是，此时依旧按照原先的焊接工艺施焊，焊接质量严重下降，达不到所要求的力学性能。
3.焊工技能方面：焊缝中存在大面积的未焊透，产生较大的应力集中，使得焊缝的力学性能急剧下降，承载能力减弱。在较为严酷的工作环境下，发生失效在所难免。
4.安装使用及环境因素：由于定位轴肩的存在，在组装焊接的装配过程中，很容易产生残余应力。严酷苛刻的工作环境下，在交变载荷的作用下长期工作，以及工作过程中使用不当造成的重心偏移，疲劳强度下降，极易引起疲劳断裂失效[3]。
六、焊接芯轴断裂失效预防措施
1．加强焊接检验，尽可能达到百分百探伤。
2．加强焊工的技能培训，定期进行焊工职业技能的在学习以及焊工技能大赛等，提高焊工焊接水平。
3．加强材料采购方面的管理，对进场的材料进行严格的质量检测，避免不合格材质流入生产车间。
4. 改善对定位轴肩的设计，采用类似上述的定位装置，就可以去掉定位轴肩，并且可以保证
其同轴度。
参考文献
[1] 廖景娱,刘正义.金属构件失效分析[M].北京:化学工业出版社,2003.
[2] 李鹤林.失效分析的任务、方法及其展望[J].理化检验-物理分册,2005,41:1-6.
[3] 钟培道.断裂失效分析[J]. 理化检验-物理分册,2005,41(7):375-378.
汽车半轴断裂原因分析及对策研究 摘要 在当今社会，汽车已经走入了寻常百姓的家里，可以说汽车已经成为了我们生活中的一个重要部分。而半轴是汽车传动系统的一个重要组成部分，它是差速器与驱动轮之间传递扭矩的实心轴，其内端一
般通过花键与半轴齿轮连接，外端与轮毂连接。根据其支承型式不同，可分为全浮式半轴和半浮式半轴。 汽车半轴在使用过程中常出现弯曲、扭曲和断裂以及花键齿磨损或扭斜等敌障。我们课题将对半轴所出现的断裂问题进行分析，并对其提出相应的对策。首先是对半轴材料以及处理工艺上进行分析，找出其对于半轴断裂的影响，并提出解决方案；其次是对半轴结构上的受力分析，运用ANSYS有限元分析软件，对半轴模型施加不同作用力，通过分析其位移云图，节点等效应力图，位移矢量图等，分析半轴受力与变形情况，对此在半轴结构上提出相应的解决对策。 最终，我们通过分析研究，发现对于半轴材料及处理工艺上，往往是在材料选取上以及热处理工艺上出现不达标等问题造成的。而你对于半轴结构的受力分析，我们通过对软件结构进行分析，最终得出半轴两端部以及花键，变直径等应力集处，最容易产生断裂现象，所以在半轴的设计与制造时，应当尽量避免这些不利因素。 关键词汽车半轴全浮式半浮式 ANSYS软件受力分析 引言 汽车自19世纪末诞生至今100余年期间,汽车工业从无到有,以惊人的速度发展,写下了人类近代文明的重要篇章。汽车是数量最多、最普及、活动范围最广泛、运输量最大的现代化交通工具。而汽车半轴是汽车的一个重要部件，它是差速器与驱动轮之间传递转矩的实心
轴，其内端一般通过花键与半轴齿轮连接，外端以凸缘与轮毂连接。汽车半轴的结构形式取决于驱动车轮的结构，根据半轴的受力情况，半轴分为全浮式半轴和半浮式半轴。由此可见汽车半轴是汽车正常行驶的一个重要的部件，半轴性能的好坏对于汽车的安全行驶起着重要的因素。我们的课题将对汽车半轴常出现的断裂问题进行分析，通过查找资料并运用ANSYS有限元分析软件，找到半轴断裂原因并提出相应的解决方案。 汽车半轴介绍 汽车半轴是差速器与驱动轮之间传递转矩的实心轴，其内端一般通过花键1与半轴齿轮连接，外端以凸缘2与轮毂连接。 汽车半轴分类 汽车半轴的结构形式取决于驱动车轮的结构，根据半轴的受力情况，半轴分为全浮式半轴和半浮式半轴。 全浮式半轴：这种支承形式的半轴除受扭矩外，不在承受任何反力以及弯矩。这一类比较常用。
概况描述：生产上的齿轮轴在使用两个星期后，突然发生断齿，给生产造成了很大的损失。为了弄清楚产生断裂的原因， 1、化学成份分析 从成份上看，大有材料为38 Cr Mo Al ，小的材料为20 Cr MnMo 2、宏观形貌 大：断口处晶粒粗大稍发亮，为脆性断裂。小：断口处晶粒细小，瓷性灰色断口，为韧性断裂。（如图示） 3、金相组织分析 （1）大的金相组织 100X 40X 200X 齿轮表面的渗氮层厚：0.30mm ，渗层硬度801HV 1，表面有数条垂直于表面的微裂纹，裂纹周围组织无脱碳，裂纹长度稍长于渗层。 200X 断裂处的显微组织形貌
200X 中心组织：回火索氏体加屈氏体加条状及半网状铁素体。 (2)小的金相组织 200X 40X 齿轮渗碳层厚1.5 mm，有效硬化层厚0.8 mm，表面有数条细小的裂纹沿晶向里延伸，渗层硬度637HV1。 200X 表面渗碳和过渡区组织，表面为高碳马氏体和细小的颗粒状碳化物，往里为马氏体组织。500X 中心组织：低碳板条马氏体组织。 4、原因分析 （1）大的材料为氮化钢，小的材料为渗碳钢，符合材料的牌号。（2）从金相组织上分析 大的心部组织为回火索氏体加屈氏体加条状、半网状的铁素体，为非正常的调质组织，这是因为淬火时，由于加热温度太低或保温时间太短，使铁素体未能完全溶解，经过淬火、回火后，仍存在于基体中。调质后出现这种组织，属于不良的显微组织。齿轮表面有数条微小的细裂纹，这些裂纹的产生是氮化时，由于氮在铁素体中的扩散速度较大，氮化后铁素体中的氮浓度较高，易形成须状氮化物从而从使氮化层脆性较大。因此渗层组织不均匀（？），致使在使用过程中齿根部受到拉应力的作用而导致脆性断裂。
故障件的断口分析 在形形色色的故障分析过程中,人们常会瞧到一些损坏零件的断口,但就是人们缺乏“读懂”它的经验,不能从它的断口处判断其损坏的真正原因而贻误了战机。这里结合整改过程中的一些实例作些介绍,希望能对您有所帮助！ 对于汽车常用碳素钢与合金钢而言,其常见断口有: 1.韧性(塑性)断口:发生明显塑性变形的断裂统称为塑性断裂。断口形貌为韧性(塑性)断口,断口呈暗灰色没有金属光泽瞧不到颗粒状形貌,断口上有相当大的延伸边缘。 2.疲劳弯曲断口: 2-1 在抗拉极限范围内的疲劳弯曲断口:出现典型的疲劳裂纹源区、裂纹扩展区与瞬时断裂区特征(下面将详 述)。 2-2 超过抗拉极限范围内的弯曲断口:不具有典型的疲劳断口特征,属于不正常的弯曲断裂。其断口特征:沿弯 曲方向上下呈灰褐色无金属光泽的断层;而内层呈银 灰色白亮条状新断口(见图1)。
图1 3.典型的金属疲劳断口 典型的疲劳断口定会出现疲劳裂纹源区、裂纹扩展区与瞬时断裂区三个特征。断口具有典型的“贝壳状”或称“海滩状”。
3-1 疲劳裂纹源区:就是疲劳裂纹萌生的策源地,它处于机件的表面,形状呈平坦、白亮光滑的半圆或椭圆形,这就是因为疲劳裂纹的扩展过程速度缓慢,裂纹经反复挤压摩擦而形成的。它所占有的面积较其她两个区要小很多。疲劳裂纹大多就是因受交变载荷的机件表面有缺陷;譬如裂纹、脱碳、硬伤痕、焊点等缺陷形成应力集中而引起的。疲劳裂纹点在同一个机件上可能有多处,换句话说可能有多处疲劳裂纹源区,这需要我们去仔细解读疲劳断口。 3-2 疲劳裂纹扩展区:就是形成疲劳裂纹后慢速扩展的区域。它就是判断疲劳断裂的最重要的特征区。它以疲劳源区为中心,与裂纹扩展方向垂直呈半圆形或扇形的弧线,也称疲劳弧线呈“贝纹状”。疲劳
高强预应力空心管桩断裂原因分析及处理方法 辽宁省营口市紧邻渤海，属辽河冲积平原，地下水位较浅，挖深0.9m即遇到丰富地下富存水。地表以下12m深度范围内的土质均是粉质粘土（淤泥），土体渗透系数低，土方开挖前需提前两周采取轻型井点降水才能使拟开挖基坑具备开挖条件。若场地条件具备，土方开挖一般均按1:1.5进行自然放坡。超过5层的建筑物，其基础形式基本上都是采用高强混凝土预应力空心管桩(PHC)，有效桩长一般则在12～18m之间（太和小区、欢心小区），局部地区有效桩长能达到30m（营东大厦）。 高强混凝土预应力空心管桩(PHC)静压施工完成后，须进行低应变动测检验其桩身完整性；检测合格时，始准施工进行下一道工序。通常情况下，在低应变动测检验时其桩身接桩部位能测出存在质量缺陷，这一表象无妨。用肉眼尚不能识别的微裂缝在低应变动测时亦能测出缺陷存在，但裂缝宽度小于0.2mm的裂缝不会影响到桩体质量及结构安全。这种裂缝一般都分布在桩长中间1/3区段；这是由于桩节过长，若吊点选择不当或运输过程中受到较大震动而因自身重量过大导致的。现就我单位在施的部分工程管桩经低应变动测时检查出的质量问题及处理思路作以简要总结： 一、管桩断裂的原因分析及预防措施 1、预制管桩断裂的原因分析 (1)、堆放方式不合理导致断桩 在预制厂，从蒸养室出来的管桩需在堆放区实施分类堆放，若堆放支承点选择的不合理就极易导致管桩的桩身出现微裂缝。 (2)、出厂强度不足造成的断裂 高强预应力混凝土空心管桩(PHC)的混凝土设计强度为C80，管桩混凝土养护一般均采取蒸养方式进行。有时候，管桩出厂时的混凝土强度会与设计强度存在些许偏差，在场内堆放、出厂运输过程中可能会因存在的震动而导致管桩桩身出现微裂缝。 (3)、吊装过程中发生断裂 管桩在装卸车时需采取“二点吊法”，要求吊点距离桩端0.207L位置且吊绳与桩体的夹角不得小于45度。为节省运输成本，虽然装卸车时采取的也是二点吊法，但吊点是选在了桩端；当单根管桩较长时，受自重较大的影响就有可能在管桩桩身的中部产生微裂缝。 (4)、施工方法选择不当造成断裂
综述焊接接头断裂形式及 断口特征 姓名： XXXXXXXXX 学号： 03080222 系别：数控与材料工程系 专业：焊接技术及自动化 学制：三年制 指导教师： XXXXXXXXXXXX
综述焊接接头断裂形式及断口特征 摘要 焊接接头由焊缝、熔合区和热影响区三部分组成。熔池金属在经历一系列化学冶金反应后，随着热源远离温度迅速下降，凝固后成为牢固的焊缝，并在继续冷却中发生固态相变熔合区和热影响区在焊接热源的作用下，也将发生不同的组织变化。很多焊接缺陷如气孔、夹杂裂纹等都是在上述过程中产生，因此了解接头组织与性能变化的规律，对于控制焊接质量、防止焊接缺陷有重要的意义。 焊接结构在较低的温度下工作可能导致焊接结构的低温脆断。焊接接头中又不可避免的存在应力集中和残余应力，在反复的交变应力作用下会发生疲劳断裂。本文通过对焊接接头的分析分别从宏观和微观的角度阐述了焊接接头的断裂形式和断口特征。 关键词 残余应力、应力集中、断口特征、疲劳断裂、脆性断裂
目录 引言 (4) 第一章焊接接头的基本理论 (5) 第一节焊接接头的基础知识 (5) 1.1焊接接头的组成 (5) 1.2焊接接头的基本形式 (5) 第二节电弧焊接头的工作应力 (6) 2.1应力集中的概念 (6) 2.2产生应力集中的原因 (6) 第二章焊接结构的断裂控制与失效分析 (7) 第一节焊接接头的断裂形式 (7) 1.1断裂形式的分类 (7) 1.2焊接接头的疲劳断裂 (7) 1.3焊接接头的脆性断裂 (7) 第二节焊接结构断裂控制与失效分析 (8) 2.1焊接结构的完整性与不完整性 (8) 2.2焊接结构断裂的控制 (8) 2.3焊接结构断裂控制设计 (9) 2.4焊接结构断裂失效分析 (9) 第三章焊接接头的组织与性能 (14) 第一节焊接熔合区的特征 (14) 1.1熔合区形成的原因 (14) 第二节焊接热影响区 (14) 2.1焊接热影响区热循环的特点 (14) 2.2焊接热影响区的组织分布特征及性能 (15) 第四章焊接接头断口特征 (16) 第一节焊接接头疲劳断裂的断口分析 (16)
焊接结构 一、焊接结构的特点 焊接结构的特点包括： （1）焊接结构的应力集中变化范围比铆接结构大。 因为焊接结构中焊缝与基本金属组成一个整体，并在外力作用下与它一起变形。因此焊缝的形状和布置必然影响应力的分布，使应力集中在较大的范围内变化。从而严重影响结构的脆断和疲劳。 （2）焊接结构有较大的残余应力和变形 绝大多数焊接方法采用局部加热，故不可避免会产生内应力和变形。焊接应力和变形不但容易引起工艺缺陷，而且影响结构的承载能力，此外还影响结构的加工精度和尺寸稳定性。 （3）焊接结构具有较大的性能不稳定性 由于焊缝金属的成分和组织与基本金属不同，以及焊接接头所经受的不同热循环和热塑性应变循环，焊接接头不同区域具有不同性能，形成一个不均匀体。（4）焊接接头的整体性 这是区别于铆接结构的一个重要特性，一方面赋予焊接结构高密封性和高刚度，另一方面由带来了问题，例如止裂性能差。 二、影响脆性断裂的因素 （一）应力状态的影响 （1）不同的应力状态：如果最大正应力首先达到正断抗力，则发生脆性断裂，如果剪应力先达到屈服极限，则产生塑性变形，形成塑性断裂，达到剪断抗力时，产生剪断。 （2）不同材料同一应力状态。 （3）缺口效应：虽然整个结构件处于单轴拉伸状态，但由于其局部设计不佳或存在缺陷导致出现三轴应力状态的缺口效应。 （二）温度的影响 随着温度的降低，出现脆性断裂的倾向变大。脆性转变温度越低，可使用温度范围越大，材料抗脆断能力好。 （三）加载速率的影响 提高加载速率会促使材料脆性破坏。当有缺口时，由于缺口处有应力、应变集中，缺口扩展速率增大，导致脆性断裂的发生。 （四）材料状态的影响 （1）厚度的影响：厚度增大，脆断倾向增大。 原因：a、厚板在缺口处易形成三轴拉应力，因为厚度方向的收缩和变形受到限制，形成所谓的平面应变状态，使材料变脆。 b、冶金因素：厚板轧制次数少，终轧温度高，组织疏松，内外层均匀性差。 （2）晶粒度影响：晶粒越细，脆性—延性转变温度越低。 （3）晶格结构：面心立方晶格较好。 （4）化学成分：C、N、O、H、S、P增加脆性，Mn、Ni、Cr、V适量加入有助于减少脆性。
螺栓断裂原因的分析 一般情况下，我们对于螺栓断裂从以下四个方面来分析： 第一、螺栓的质量 第二、螺栓的预紧力矩 第三、螺栓的强度 第四、螺栓的疲劳强度 实际上，螺栓断裂绝大多数情况都是因为松动而断裂的，是由于松动而被打坏的。因为螺栓松动打断的情况和疲劳断裂的情况大体相同，最后，我们总能从疲劳强度上找到原因，实际上，疲劳强度大得我们无法想象，螺栓在使用过程中根本用不到疲劳强度。 一、螺栓断裂不是由于螺栓的抗拉强度： 以一只M20×80的8.8级高强螺栓为例，它的重量只有0.2公斤，而它的最小拉力载荷是20吨，高达它自身重量的十万倍，一般情况下，我们只会用它紧固20公斤的部件，也只使用它最大能力的千分之一。即便是设备中其它力的作用，也不可能突破部件重量的千倍，因此螺纹紧固件的抗拉强度是足够的，不可能因为螺栓的强度不够而损坏。 二、螺栓的断裂不是由于螺栓的疲劳强度： 螺纹紧固件在横向振松实验中只需一百次即可松动，而在疲劳强度实验中需反复振动一百万次。换句话说，螺纹紧固件在使用其疲劳强度的万分之一时即松动了，我们只使用了它大能力的万分之一，所以说螺纹紧固件的松动也不是因为螺栓疲劳强度。 三、螺纹紧固件损坏的真正原因是松动： 螺纹紧固件松动后，产生巨大的动能mv2，这种巨大的动能直接作用于紧固件及设备，致使紧固件损坏，紧固件损坏后，设备无法在正常的状态下工作，进一步导致设备损坏。 受轴向力作用的紧固件，螺纹被破坏，螺栓被拉断。 受径向力作用的紧固件，螺栓被剪断，螺栓孔被打成橢圆。 四、选用防松效果优异的螺纹防松方式是解决问题的根本所在： 以液压锤为例。GT80液压锤的重量是1.663吨，其侧板螺栓为7套10.9级M42螺栓，每根螺栓的抗拉力为110吨，预紧力取抗拉力一半计算，预紧力高达三、四百吨。但是螺栓一样会断，现在准备改成M48的螺栓，根本原因是螺栓防松解决不了。 螺栓断裂，人们最容易得出的结论是强度不够，因而大都采用加大螺栓直径强度等级的办法。这种办法可以增加螺栓的预紧力，其摩擦力也得到了增加，当然防松效果也可以得到改善，但这种办法其实是一种非专业的办法，它的投入太大，收益太小。 总之，螺栓是：“不松不断，一松就断。”
第六章焊接结构脆性断裂 自从焊接应用于船舶、球罐、压力容器、桥梁、机械设备等工程结构以来，发生了一系列的脆性断裂事故。1943年1月16日在奥勒冈州波特兰码头某油船发生断裂，当时海面平静，其计算的甲板压力只有7.0Kg，见图6-1。二次世界大战期间美国建造的5000艘商船中约有1000艘船在1946年4月前经历了1300次左右的大小不同的结构破坏事故，其中250艘完全断裂，见图6-2。1974年12月日本某圆筒形石油槽发生开裂，该结构用12mm、60Kg 级钢材焊制，在环状边板与罐壁拐角处产生裂纹源并扩展13m，大量石油外流。1962年7月，奥大利亚的“金斯桥”(跨度30.5m)在45.8t卡车通过时发生脆性断裂，原因是材料含碳量高，可焊性差，断面急剧变化处产生应力集中。 这些断裂事故都具有共同的性质： (1)没有明显的塑性变形，破坏具有突发性； (2)焊接结构刚度较大，裂纹扩展至整个结构； (3)发生脆断时平均应力比材料的屈服极限和设计许用应力小得多，是低应力破坏。 脆性断裂一般在以下条件下发生： (1)结构在低温下工作； (2)结构中存在焊接缺陷； 图6-1 船舶断裂实例1 图6-2 船舶断裂实例2
(3)焊接残余应力对脆断产生了严重影响； (4)材料性能劣质； (5)结构设计不合理。 § 6-1 材料断裂及影响因素 一、断裂分类及特征 按塑性变形大小可将断裂分为延性断裂和脆性断裂(解理断裂、晶界断裂)。它们反映材料或结构断裂前的行为，即延性断裂表明在断裂之前金属或结构要发生显著的塑性变形；相反，脆性断裂表明金属材料或结构在断裂前发生很少的塑性变形。当然这只是定性概念，在定量上，发生多大程度的塑性变形属于延性断裂，小于何种程度的塑性变形量属于脆断，仍需具体情况而定。它往往与采用的评定标准有关，及测量变形的工具类型和精度有关，也和所评定的金属或结构的特性有关。如，铁轨用钢，当试样断裂时伴有百分之几的塑性变形时就属于延性断裂，但对于低碳钢来说，其无疑属于脆性断裂。 从“合于使用”原则出发，按图6-3对金属结构断裂性质进行分类。在拉伸中心开有缺口的试样时，试样上有三种应变。即无缺口部位的应变ε；缺口尖端处的应变ε′；缺口所在平面内边缘处的应变ε″，一般情况下它们之间具有下述关系： ε′>ε″>ε 构件断裂时，此三值与屈服点εs相比，有下述4种情况： εs>ε′>ε″>ε线弹性断裂情况 ε′>εs>ε″>ε弹塑性断裂情况 ε′>ε″>εs>ε韧带屈服断裂情况 ε′>ε″>ε>εs 全面屈服断裂情况 从断裂的机制来说，解理断裂：低温、高应变速率及高应力集中情况下，材料的塑性变形严重受阻，材料不能以形变方式而是以分离顺应外加应力。解理是某些特定结晶学平面发生的断裂。剪切断裂：在剪应力作用下，沿滑移面形成的断裂，可分为纯剪切断裂和微孔聚
机械花键轴断裂原因分析 1.状态说明 （1）该失效件曾送交某研究院检测，最终检测结果为调质处理淬火裂纹。对热处理工艺进行排查，从工件来料装筐、设备使用前检查、热处理工艺的制订及实施、热处理后试样的检测，结果没有发现任何问题。 （2）我们对送检的样件重新检测，客户提供的裂纹样块为20mm×20mm×40mm，未见到失效件本体、断裂部位和断裂形式，工件实际服役状况也没详细了解。据客户介绍，工件的材质为42CrMo低合金调质钢，零件的工艺路线为：下料→锻造→粗加工→调质。 （3）将样件分成两块，经镶嵌、磨制、抛光、浸蚀，目测就可以看到，断口为凹凸不平的断面，断口边缘有一层非常明显的较深的白亮层，推测可能是脱碳层（见图1、图2）。 2.化学成分 在样块上线切割截取15mm×15mm×10mm（长×宽×厚）的试样，进行化学成分检测，检测设备为Labspark5000精密直读火花光谱仪，检查结果表明化学成分符合材料标准要求。化学成分的检查结果见附表。 3. 金相组织 （1）用1E-200M型金相显微镜进行金相组织观察，试样断口表面的白亮层，为细小等轴状铁素体。这种组织是较低奥氏体温度下，由原始锻造柱状晶组织重结晶细化形成的。该组织为锻造开裂后高温氧化脱碳，脱碳层组织经过奥氏体化重结晶的典型形貌特征（见图3）。 （2）断口处的二次裂纹两侧，被以铁素体组织为主的脱碳层完全包围，裂纹内充满浅灰色的高温氧化产物，说明二次裂纹仍然是在锻造加工过程中形成的（见图4）。
（3）主裂纹断口表面堆积大量的高温形成的氧化物，表明锻造加工时加热温度高，裂纹边缘氧化脱碳现象严重，其中全脱碳层较深，半脱碳层较浅（见图5）。裂纹的次表层镶嵌有较多量的氧化物夹杂，这是由于锻造加工时，裂纹内表层高温氧化形成的氧化皮，在锻轧焊合过程中嵌入到次表层而形成（见图6）。 （4）试样主裂纹断口处沿晶开裂，晶粒剥落坑极粗大，剥落坑的宽度显示出晶粒的直径。经测量晶粒的直径为0.40mm，对应晶粒度的级别达0级，属于严重的过热组织。锻造加热时局部区域加热温度过高，晶粒急剧长大，晶界宽化及晶间弱化，晶间结合力急剧降低。此时的锻造应力远大于晶间结合力，造成锻造热裂纹脆性开裂（见图7）。 （5）断口表面全脱碳层的铁素体组织，呈细小等轴状分布。该组织属于锻造开裂氧化脱碳后的重结晶组织。锻造开裂后裂纹内高温氧化脱碳，断口表层形成粗大柱状晶组织，调质处理过程的再加热，使柱状晶组织重新奥氏体化形核，转变为细小等轴状组织（见图8）。
20CrMnTiH 齿轮轴断裂原因分析 刘 健, 陈宏豫， 寇志贤, 李春玉 （承德建龙特殊钢有限公司技术处，河北 兴隆067201） 摘要：采取宏观形貌分析、化学成分分析、金相分析等手段对20CrMnTi 齿轮轴断裂 原因分析，结果表明，热处理后基体强度偏低和相对于承载能力而言工作应力较大是导致齿轮轴发生快速脆性断裂的主要原因。 关键词：齿轮轴、断裂分析、组织 20CrMnTiH Gear Axle Break Analysis of Causes LIUJian,CHENHongyu,KOUZhixin,LiChunyu (Chengde long special steel co., Ltd.Technical Department, Hebei Xinglong 067201) Abstract: In this article use macro-morphology analysis, chemical analysis, microstructure analysis by means of the gear shaft 20CrMnTi Failure Analysis ，Last show the matrix strength after heat treatment relative to the carrying capacity of low and work stress in terms of larger gear shaft leading to the main reason of rapid brittle fracture. Key words: Gear shaft Fracture Analysis Organization 某公司用20CrMnTiH 作为农用三轮车变速箱上的四轮曲轴齿轮主选材，安装该批齿轮轴的三轮车发生多起断轴现象，断轴时行使时间大约100小时。 齿轮轴加工工艺：圆钢（直径为φ45mm ）经冷剪下料 反射炉加热模锻 正火 机加工 渗碳淬火 180-200℃回火 喷砂 磨加工（花键外圆） 尺寸检验合格发货。设计齿轮轴渗碳硬化层厚度0.6-1.0mm,齿面硬度58-64HRC ，心部组织硬度33-40HRC 。 1试样的制备及试验方法 对发生断裂的齿轮轴线切割取样，宏观检测端口表面形状，进行力学性能、化学成分和金相组织分析，找出发生断裂的原因。 2试验结果分析 2.1断裂齿轮轴成分分析 化学成分见表1 表1 材料化学成分分析结果及标准规定对照（W/%） 由表1看出：断裂齿轮轴的化学成份符合GB/T5216-2004中对20CrMnTiH 钢的规范要求。 2.2断裂齿轮轴力学性能
泵类故障大汇总，也许就能解决你的问题！ 2016-07-05泵阀之家 泵阀之家合作伙伴，点击下方蓝色字体进入 江南泵阀--专业氟塑料泵--值得信赖 ★泵阀管行业，企业管理软件免费送★ 有氟密管阀- 国内非金属阀门专业制造商 离心泵常见故障及解决方法01泵不吸水 故障分析： ?吸入阀有杂物或未打开，或吸入管堵塞 ?管路系统密封性差 ?从轴封处吸入空气 ?灌泵系统故障 解决方法：
?打开吸入阀，排除杂物，疏通吸入管。 ?检察管路，尤其分段试压连接法兰处，堵漏。?更换轴封，压紧填料密封 ?检查及维修灌泵系统 02泵不能启动 故障分析： ?原动机发生故障（包括电源）； ?泵卡住； ?填料函压得太紧； ?排出阀门未关。 解决方法： ?检查电源及原动机情况； ?再次盘车确定联轴器情况； ?放松填料； ?管进出口阀门，再次启动。
03泵不排液 故障分析： ?灌泵不足（或泵内气体未排净）； ?泵转向不对； ?泵转速太低； ?滤网、吸入管堵塞； ?吸入高度太高，或吸入口液体供给不足，造成吸入真空。 解决方法： ?重新灌泵； ?再次确定泵的旋转方向； ?检查电机空转转速，检查减速器的减速比，确定泵转速是否符合设计转速；?清洗滤网，疏通吸入管； ?调整吸入口管线，高于泵的入口，调整泵的上部供液系统，保证介质供应充分。
04泵排液后中断 故障分析： ?吸入管路漏气； ?灌泵时吸入侧气体未排尽； ?吸入侧突然被异物堵住，或吸入口滤器堵塞； ?吸入管脱水，大量气体吸入 解决方法： ?检查吸入侧连接处及填料函的密封情况； ?重新灌泵； ?停泵，清洗滤芯，疏通吸入管路； ?检查吸入管路是否破裂，并联进口管线上的阀门是否打开（不常用的管线）。05流量不足
给水泵震动大的原因分析 针对水泵机组的各部件存在的振动,分析了产生振动的原因。从水泵的水力、机械结构设计,到泵的安装、运行、维护等方面几提出了减轻泵振动的措施。结果表明,保证泵零部件结构尺寸、精度与泵的无过载性能等水力特性相适应;保证泵的实际运行工况点与泵的设计工况点吻合;保证加工精度与设计精度的一致性;保证零部件安装质量与其运行要求的一致性;保证检修质量与零部件磨损规律的一致性,可以减轻泵的振动。 振动就是评价水泵机组运行可靠性的一个重要指标。振动超标的危害主要有:振动造成泵机组不能正常运行;引发电机与管路的振动,造成机毁人伤;造成轴承等零部件的损坏;造成连接部件松动,基础裂纹或电机损坏;造成与水泵连接的管件或阀门松动、损坏;形成振动噪声。 引起水泵振动的原因就是多方面的。泵的转轴一般与驱动电机轴直接相连,使得泵的动态性能与电机的动态性能相互干涉;高速旋转部件多,动、静平衡沐能满足要求;与流体作用的部件受水流状况影响较大;流体运动本身的复杂性,也就是限制泵动态性能稳定性的一个因素。 1 对引起泵振动原因的分析 1、1电机 电机结构件松动,轴承定位装置松动,铁芯硅钢片过松,轴承因磨损而导致支撑刚度下降,会引起振动。质量偏心,转子弯曲或质量分布问题导致的转子质量分布不均,造成静、动平衡量超标川。另外,鼠笼式电动机转子的鼠笼笼条有断裂,造成转子所受的磁场力与转子的旋转惯性力不平衡而引起振动,电机缺相,各相电源不平衡等原因也能引起振动。电机定子绕组,由于安装工序的操作质量问题,造成各相绕组之间的电阻不平衡,因而导致产生的磁场不均匀,产生了不平衡的电磁力,这种电磁力成为激振力引发振动。 1、2基础及泵支架 驱动装置架与基础之间采用的接触固定形式不好,基础与电机系统吸收、传递、隔离振动能力差,导致基础与电机的振动都超标。水泵基础松动,或者水泵机组在安装过程中形成弹性基础,或者由于油浸水泡造成基础刚度减弱,水泵就会产生与振动相位差1800的另一个临界转速,从而使水泵振动频率增加,如果增加
焊接裂纹就其本质来分，可分为热裂纹、再热裂纹、冷裂纹、层状撕裂等。下面仅就各种裂纹的成因、特点和防治办法进行具体的阐述。 1．热裂纹 在焊接时高温下产生的，故称热裂纹，它的特征是沿原奥氏体晶界开裂。 根据所焊金属的材料不同（低合金高强钢、不锈钢、铸铁、铝合金和某些特种金属等），产生热裂纹的形态、温度区间和主要原因也各不相同。 目前，把热裂纹分为结晶裂纹、液化裂纹和多边裂纹等三大类。 1）结晶裂纹主要产生在含杂质较多的碳钢、低合金钢焊缝中（含S，P，C，Si 缝偏高）和单相奥氏体钢、镍基合金以及某些铝合金焊缝中。 这种裂纹是在焊缝结晶过程中，在固相线附近，由于凝固金属的收缩，残余液体金属不足，不能及时添充，在应力作用下发生沿晶开裂。 防治措施：在冶金因素方面，适当调整焊缝金属成分，缩短脆性温度区的范围控制焊缝中硫、磷、碳等有害杂质的含量；细化焊缝金属一次晶粒，即适当加入Mo、V、Ti、Nb等元素；在工艺方面，可以通过焊前预热、控制线能量、减小接头拘束度等方面来防治。 2）近缝区液化裂纹是一种沿奥氏体晶界开裂的微裂纹，它的尺寸很小，发生于HAZ近缝区或层间。 它的成因一般是由于焊接时近缝区金属或焊缝层间金属，在高温下使这些区域的奥氏体晶界上的低熔共晶组成物被重新熔化，在拉应力的作用下沿奥氏体晶间开裂而形成液化裂纹。 这一种裂纹的防治措施与结晶裂纹基本上是一致的。 特别是在冶金方面，尽可能降低硫、磷、硅、硼等低熔共晶组成元素的含量是十分有效的；在工艺方面，可以减小线能量，减小熔池熔合线的凹度。 3）多边化裂纹是在形成多边化的过程中，由于高温时的塑性很低造成的。 这种裂纹并不常见，其防治措施可以向焊缝中加入提高多边化激化能的元素如Mo、W、Ti等。 2、再热裂纹 通常发生于某些含有沉淀强化元素的钢种和高温合金（包括低合金高强钢、珠光体耐热钢、沉淀强化高温合金，以及某些奥氏体不锈钢），他们焊后并未发现裂纹，而是在热处理过程中产生了裂纹。 再热裂纹产生在焊接热影响区的过热粗晶部位，其走向是沿熔合线的奥氏体粗晶晶界扩展。 防治再热裂纹从选材方面，可以选用细晶粒钢。
焊接容易疲劳断裂分析 悬臂梁焊接件从底部断裂，从外观看，断裂位于底板的中间位置，靠近焊缝，断口呈纤维状，暗灰色，没有塑性变形，属于脆性断裂。 初步分析 1、从零件结构看，断裂位置位于零件的几何受力中心，此处受到的力矩最大，容易产生开裂。 2、断裂位置靠近焊缝，属于过热区（宽度约1～3mm）；焊接时，它的温度在固相线至1100℃之间，该区域内奥氏体晶粒严重长大，冷却后得到晶粒粗大的过热组织，塑性和韧度明显下降，容易产生开裂。 3、零件在使用过程中，长期受到变化的外力作用，容易产生疲劳断裂。 <1>疲劳断裂是指金属件在变动应力和应变长期作用下，由于累积损伤而引起的断裂。 <2>疲劳断裂起源于引起应力集中的微裂纹，并沿特定的晶面扩展、劈开，最终形成宏观上的裂纹。这些特定的晶面称为解理面。 <3>Q235属于金属，微观上，晶胞与晶胞之间都会有，间距较大、键结合较弱而易于开裂的低指数面（解理面）。 <4>当外力作用下，晶粒内的位错沿滑移面运动，滑移面不平行时，在交叉位置会形成位错塞积，造成应力集中，如不能通过其他方式松弛，就会在易于开裂的低指数面形成初裂纹。 <5>初裂纹很容易在晶粒内部扩展至晶界，造成晶界附近产生很大的应力集中，使相邻晶粒形成新的裂纹源。 <6>当应力足够大的时候，裂纹突破晶界的阻碍，迅速扩展，形成宏观上的金属裂纹。 <7>当合金（Q235也属于合金，铁碳合金）沿晶界析出连续或不连续的脆性相时，或者是当偏析或杂质弱化晶界时，裂纹可能沿晶界扩展，造成沿晶界断裂。 <8>疲劳断裂，断裂前既无宏观塑性变形，又没有其他征兆，并且一断裂后，裂纹扩展迅速，造成整体断裂或很大的裂口。
一．简答下列问题 1．什么是内应力？ 答：在没有外力的条件下平衡于物体内部的应力, 工作应力是物体内部与外力平衡的应力。2．内应力与工作应力有何区别? 答：内应力是在没有外力的条件下平衡于物体内部的应力，工作应力是在载荷作用下物体内部与其平衡的应力。 3．何谓热应力；温度应力；瞬时应力？ 4. 何谓焊接残余应力？答：焊接接头和结构焊后，在没有外力作用的条件下平衡于焊接接头区或结构上的内应力。 5. 什么是残余应力？构件（金属固体）在不均匀温度场作用下所造成的内应力达到材料的屈服点（限），使构件的局部区域发生塑性变形。当温度恢复到原始的均匀状态后，构件中就产生新的内应力，这种应力即为残余应力。- 不均匀温度场所 造成的内应力大于屈服限时, 温度均匀后残存在物体上的内应力。 6. 什么是相变应力？答：在金属塑性温度以下，由构件上局部相变造成的内应力。 7. 何谓瞬时内应力？答：构件（金属固体）在无外力时随不均匀温度场作用，出现在构件 （金属固体）内平衡的应力 8?什么是自由变形、外观变形和内部边形，并说出他们之间的关系？（必考或考其中之一）答：在温度变化过程中金属物体无拘束的变形为自由变形；有拘束时变形受到一定的限制，显示出的变形为外观变形：未显示出来的那部分变形为内部变形。自由变形-外观变形=内部变形。 9. 什么是内部变形？答：金属物体在温度变化过程中变形受拘束时，未表现出来的那部分变形。 10. 焊接残余变形有几种基本类型？答：纵向收缩；横向收缩；挠曲；角变形；扭曲；波浪；
错边。 11. 焊缝有何种工作性质？答：根据焊缝承担载荷情况有三种工作性质的焊缝，承担传递全部载荷工作焊缝、主要其固定工件位置的联系焊缝和具有上述两种作用的双重焊缝。 12. 什么是工作焊缝，有何性质？答：在焊接结构上，承担传递全部载荷与被连接件处于串联位置，一旦断裂，结构就立刻失效的焊缝。 13. 何谓联系焊缝，有何性质 14 焊接接头有几种基本形式？答：对接接头，搭接接头，丁（十）字接头，角接头。 15 焊缝的基本形式有几种？ 答：对接焊缝（卷边；平对；坡口）；角焊缝。 16. 脆性断裂有何特征？答：脆性断裂系指沿一定结晶面的解理断裂和晶界（沿晶）断裂。断裂部位没有可以觉察的塑性变形，断口平整有金属光泽，一般与主应力垂直。 17. 延性断裂有何特征？ 18. 疲劳断裂有何特征？ 19. 落锤实验求出的有何意义？答：金属结构材料的无延性转变温度，是焊接结构防脆断选材的韧性指标。 20. 材料断裂的试验评定方法有哪几种。答：冲击试验；爆炸膨胀试验；落锤试验；静载试验 21. 什么是应力集中？
焊接芯轴断裂失效分析 一、背景资料 1.1 失效件断口形貌 某公司送来断裂失效芯轴样品，据该公司相关人员介绍断裂失效发生在焊缝位置。送检断裂芯轴样品宏观形貌如图1和图2所示。要求分析套筒与芯轴焊缝在使用过程中发生断裂的原因。限于断裂后失效件的采集受限，厂方仅送检一半失效件（芯轴）；另外从已焊接完成而未断的实际产品上线切割制取了含完整焊缝的试样，如图3所示。 图1 送检样品宏观形貌图2 送检样品图1中的局部放大 （a）焊缝正面（b）含完整焊缝试样的侧面 图3 含完整焊缝的试样 1.2 失效件成分及性能 套筒材料为27SiMn钢，芯轴材料为20#钢，其化学成分以及力学性能由该公司提供，具体数值见下表。 表1 27SiMn钢的化学成分（质量分数）（%） 试验项 目 C Mn Si S P Cr Ni Cu 保证值 0.24 ~0.32 1.1 ~1.4 1.1 ~1.4 ≤ 0.03 5 ≤ 0.03 5 ≤ 0.25 ≤ 0.30 ≤ 0.25 表2 27SiMn钢的力学性能 试验项目σ b （MPa）σ s （MPa）A（%）Z 一般值980 835 40 12 表3 20#钢化学成分（质量分数）（%） 试验项 目C Mn Si S P Cr Ni Cu A B A B
保证值 0.17 ~0.24 0.35 ~0.65 0.17 ~0.37 ≤ 0.03 5 ≤ 0.03 5 ≤ 0.25 ≤ 0.25 ≤ 0.25 表4 20#钢的力学性能 试验项目 σb （MPa ） σs （MPa ） A （%） Z 一般值 370-520 215 27 24 1.3 失效件的结构 套筒与芯轴的焊接结构如图所示，坡口形式见图。焊接采用Φ1.2焊丝JM-58，焊接时适宜的焊接参数为I=235~300A ，U=28~32V ，Q=15~20L/min 。 图4 芯轴套筒焊接结构形式剖面图 二、断裂失效分析的思路[1] 1.现场基本情况调查，调查了解断裂失效件的有关情况和使用历史情况。 2.失效分析的初步判断，根据失效件的使用情况、工作环境、宏观特征等进行初步的判断，为后续的实验分析做准备。 3.建立具体的分析思路并实施工作程序，主要包括化学成分分析、力学性能分析、显微硬度分析、显微金相组织分析、断口分析等。 4.断裂失效机理综合分析阶段，根据基本分析结论的提示，研究断裂失效件的设计、生产和工作过程中与失效相关的内外因素以及失效机理。 5.排除断裂失效措施研究阶段，根据其产生的断裂失效机理，研究出切实、有效、可行的方案，减少或防止类似事故的再次发生。 三、现有资料分析 3.1 材料检验 利用GP1000光谱分析仪器对送检的完整焊缝及两边母材进行化学成分分析，测试结果见表5。 表5 送检样品焊缝及母材的化学成分测定结果(%) 通过对比表1、表3与表5可以明显发现：芯轴化学成分与厂方所提供的标准材质（20#钢）不符，标准材质的碳含量上限是0.24,但是实际采用的材质碳含量高达0.478，严重超标。如此高 试样 C Si Mn P S Cr Ni Cu 20#钢 0.478 0.238 0.72 0.016 0.013 0.064 <0.001 0.005 27SiMn 0.304 1.146 1.337 0.013 0.011 0.095 0.02 0.108 焊缝 0.207 0.647 1.113 0.015 0.011 0.065 0.002 0.065
第一章焊接接头静载力学行为 1、内应力按照其分布的尺度范围可分为、和。 2、焊接热过程特点主要表现在三个方面：、和高的。 3、纵向残余应力σx分布的一般规律是：焊缝及附近的区域为，远离焊缝拉应力迅速下降，随后出现。 4、焊接残余收缩变形主要表现在两个方面和。 5、焊接接头的基本形式有：、、和。 6、造成焊接结构脆断的原因是多方面的：主要是，和制造工艺及等。 7、为了防止结构发生脆性破坏相应地有两种设计原则：一为原则，二为原则。 8、在进行多层焊时，如果在先焊的焊道中产生了，则在后续的焊道焊接过程中，有可能在这些缺陷处产生，使焊接结构的。 9、对于大型焊接结构，在满足结构的使用条件下，应当尽量减小，以降低和的影响。 10、、或等，都会使构件中出现应力集中，降低了构件的疲劳强度。 11、大部分疲劳破坏的断口都有一些共同的特征。一般都有二个区域，分别为和。 1、和是形成各种焊接裂纹的重要因素，又是造成焊接接头热应变脆化的根源，并且影响结构的。 2、合理的接头构造不但使结构在服役时，不产生高的，而且在工艺上，便于焊接；不仅保证结构，同时在经济上也省时省料。 3、内应力按照其分布的尺度范围可分为、和。 4、横向残余应力的形成机理较纵向残余应力复杂，它由两个组成部分组成；一个是由焊缝及附近塑性区的，用σy’表示；另一个是由焊缝及附近塑性区的不同时引起，用σy”表示。 5、焊接接头的基本形式有：、、和。 6、按照断裂前塑性变形大小，将断裂分为和两种。 7、通过断裂力学的研究，我们知道加大板厚将使其，断裂将从塑性向，并由向平面应变状态转变。 8、为了防止结构发生脆性破坏相应地有两种设计原则：一为，二为。 9、结构发生脆断时，材料中的比材料的和都小很多，是一种的破坏。 10、对一定的钢种和一定的焊接方法而言，热影响区的金相组织主要取决于，即取决于焊接热输入。因此，合理的选择对防止结构极为重要。
中空轴断裂的原因分析与焊接处理 1、引言 中空轴是磨机非常关键的部件，它承受着整个磨体及研磨体的运转载荷，在交变应力作用下连续运行，是磨机机体最薄弱的环节，也是最难控制制造质量的机件。同时还是容易发生问题的磨体部件，特别是进、出料端的中空轴发生故障的相当多，磨机中空轴断裂是非常严重的设备故障。必须停机检修，以免造成“落磨”的重大设备事故。处理磨机中空轴断裂的技术难度比较大，检修周期长，劳动强度大，费工费时。处理不好还影响磨机的安全运行，容易继续引发各类设备故障，严重影响生产。我公司磨机进、出料端中空轴的断裂，经过严格细致的处理后，磨机一直安全稳定运行，没有发生任何不正常的问题，说明我们的处理是成功的。现就结合我公司的处理情况，对磨机进、出料端中空轴断裂的原因与处理作一分析总结、与各位同仁一起探讨。 2、磨机进、出料端中空轴断裂的基本情况 我公司由φ3×11m水泥磨自2000年7月投入运行以来，设备运行状况一直较好，该磨机的技术参数见表l；2005年5月31日白班停机检修时，发现右边磨尾中空轴靠内圈螺栓处大R角处环向有裂纹，刮开油污后发现裂纹长度为1250mm；吊开磨机后瓦盖后，又发现左边靠内圈螺栓处大R角处环向也有裂纹，刮开油污后发现长度为1060mm。左边裂纹在中空轴内圈法兰螺栓处，长度经过内圈法兰螺栓4个。右边裂纹在中空轴内圈法兰螺栓处，长度经过内圈法兰螺栓5个半。两个裂纹间距为内圈法兰螺栓3个半。两个裂纹为八字型，在中空轴内圈法兰螺栓和大R角外端处。 2005年6月2日白班11：00对磨头中空轴检查发现右边靠内圈螺栓处大R 角处环向有裂纹，清除油污后发现裂纹长度为770mm，此裂纹在大R角中下部环
《焊接结构学》期末考试试卷 一、名词解释 1.内应力：是指在没有外力的条件下平衡于物体内部的力。 2.解理断裂：是沿晶内一定结晶学平面分离而形成的断裂，是一种晶内断裂。 3.应力腐蚀开裂：是指在拉应力和腐蚀共同作用下产生裂纹的现象。 4.温差拉伸法：是利用在焊接结构上进行的不均匀加热造成的适当的温度差，来使焊缝及其附近区域产生拉伸塑性变形，从而抵消焊接时所产生的压缩塑性变形，达到消除部分焊接残余应力的目的。 5.焊接结构：用焊接的方法生产制造出来的结构。 6.焊接温度场：是指在焊接过程中，某一时刻所有空间各点温度的总计或分布。 7.应力集中：是指接头局部区域的最大应力值比平均应力值高的现象。 8.焊接变形：由于焊接而引起的焊件尺寸的改变称为焊接变形。 9.联系焊缝：是一种焊缝与被连接的元件是并联的，它仅传递很小的载荷，焊缝一旦断裂结构不会立即失效，这种焊缝称为联系焊缝。 10.工作焊缝：是一种焊缝与被连接的元件是串联的，它承担着传递全部载荷的作用，即焊缝一旦断裂结构就立即失效，这种焊缝称为工作焊缝。 11.动应变时效：金属和合金在塑性变形时或塑性变形后所发生的时效过程 12.焊接残余应力：焊件在焊接过程中，热应力、相变应力、加工应力等超过屈服极限， 以致冷却后焊件中留有未能消除的应力。这样焊接冷却后的残余在焊件中的宏观应力称为残余焊接应力。 13. 焊接热循环:在焊接过程中，工件上的温度随着瞬时热源或移动热源的作用而发生变 化，温度随时间由低而高，达到最大值后，又由高而低的变化称为焊接热循环。14.延性断裂：伴随明显塑性变形而形成延性断口（断裂面与拉应力垂直或倾斜，其上具有细小的凹凸，呈纤维状）的断裂。 二、简答题 1.焊接结构的优点？ 焊接结构的优点：（1）焊接可以把不同形状，不同厚度，不同材料的工件连接起来，且可与母材相当，同时可使产品重量减轻，生产成本明显降低。（2）焊接是一种金属原子间的结合，刚度大，整体性好，不像机械连接那样有间隙，可以减少变形，且能保证容器类结构的气密性和水密性。（3）与铸、锻等其它加工方法相比，生产焊接产品一般不需要大型贵重设备。投资少，见效快。（4）大多数焊接结构生产工艺简单，设备的操作比较容易，应用面非常广泛。（5）焊接特别适用于几何尺寸大，而材料较分散的制品。（6）焊接结构的生产可实现全过程的质量跟踪。比如生产过程中的声发射检测技术，焊前的材料检验，焊后的多种检测手段（X射线，超声波）等。 2.简述焊接残余变形的分类及特点？ ①纵向收缩变形，即构件焊后在焊缝长度方向上发生收缩。②横向收缩变形，即构件
钢结构焊接裂纹的原因及预防措施 (一)热裂纹 热裂纹是指高温下所产生的裂纹，又称高温裂纹或结晶裂纹，通常产生在焊缝内部，有时也可能出现在热影响区，表现形式有：纵向裂纹、横向裂纹、根部裂纹弧坑裂纹和热影响区裂纹。其产生原因是由于焊接熔池在结晶过程中存在着偏析现象，低熔点共晶和杂质在结晶过程中以液态间层形式存在从而形成偏析，凝固以后强度也较低，当焊接应力足够大时，就会将液态间层或刚凝固不久的固态金属拉开形成裂纹。此外，如果母材的晶界上也存在有低熔点共晶和杂质，当焊接拉应力足够大时，也会被拉开。总之，热裂纹的产生是冶金因素和力学因素共同作用的结果。针对其产生原因，其预防措施如下： (1)限制母材及焊接材料(包括焊条、焊丝、焊剂和保护气体)中易偏析元素和有害杂质的含量，特别应控制硫、磷的含量和降低含碳，一般用于焊接的钢材中硫的含量不应大于0.04 5% ，磷的含量不应大于0.055% ;另外钢材含碳量越离，焊接性能越差，一般焊缝中碳的含量控制在0.10% 以下时，热裂纹敏感性可大大降低。(2)调整焊缝金属的化学成分，改善焊缝组织，细化焊缝品粒，以提高其塑性，减少或分散偏析程度，控制低熔点共品的有害影响。(3)采用碱性焊条或焊剂，以降低焊缝中的杂质含摄，改善结晶时的偏析程度。(4)适当提高焊缝的形状系数，采用多层多道焊接方法，避免中心线偏析，可防止中心线裂纹。 (5)采用合理的焊接顺序和方向，采用较小的焊接线能超，整体预热和锤击法，收弧时填满弧坑等工艺措施。 (二) 冷裂纹 冷裂纹一般是指焊缝在冷却过程中温度降到马氏体转变温度范围内(300—200℃以下)产生的，可以在焊接后立即出现，也可以在焊接以后的较长时间才发生，故也称为延迟裂纹。其形成的基本条件有3个：焊接接头形成淬硬组织;扩散氢的存在和浓集;存在着较大的焊接拉伸应力。其预防措施主要有： (1)选择合理的焊接规范和线能，改善焊缝及热影响区组织状态，如焊前预热、控制层问温度、焊后缓冷或后热等以加快氢分子逸出。(2)采用碱性焊条或焊剂，以降低焊缝中的扩散氧含量。(3)焊条和焊剂在使用前应严格按照规定的要求进行烘干(低氢焊条300℃ ～3 50℃保温lh;酸性焊条l 00℃ ～l50℃保温lh;焊剂200℃～250.C保温2h)，认真清理坡口和焊丝，太除油污、水分和锈斑等脏物，以减少氢的来源。(4)焊后及时进行热处理。一是进行退火处理，以消除内应力，使淬火组织回火，改善其韧性;二：是进行消氢处理，使