焊接缺陷对结构强度的影响

修理与改造　中闲教隆ｚ程ｚ　５　

焊　陷　对结构强度的影响　

■郑　虹　【摘要】焊接缺陷使结构强度降低的主要原因是产生严重应力集中，本文分别讨论了各种缺陷对　结构静载、脆断和疲劳强度的影响。　【美■词】焊接缺陷应力集中　气孔夹渣裂纹　焊接缺陷一般包括未焊透、未熔台、裂纹、夹　渣、气孔、咬边、满溢、烧穿和焊缝成形不良等。各　种缺陷对焊接结构承载能力都有不同程度的影响。　一、焊接缺陷对结构静载非脆性破坏的影响　一般情况下，材料的破坏形式多属塑性断裂。这　时缺陷所引起的强度降低与它所造成承载截面积的减　少成正比。虽然缺陷能引起应力集中，但只是当材料　处于弹性状态时才出现应力增大现象。由于材料的塑　变，使围绕缺陷的应力集中下降，也就是说．当平均　应力为　时发生断裂，则　口　。（ｏ＇ｒ为极限强度，　ｋ　为应力集中系数），但由于缺陷使工作截面减少，　使ｏｉ＜ｏ＇ｂ（ｏ＇ｆ＝ＰｔＡ，ｏ＇ｒ＝Ｐ／Ａ　，Ａ．是扣除缺陷后的净工　作面积，它小于原工作面积Ａ）。大量试验结果表明，　低碳钢对接接头静载强度随缺陷面积增大而降低，通　常，当横截面积减少１０％时，断裂强度也降低１０％。　１．气孔的影响　试验证明，如气孔截面总量只占工作截面的５％，　气孔对屈服极限和强度极限的影响不大　当焊缝增高　量投有除掉或焊接金属强度高于基本金属强度时．即　使实际气孔量比标准允许气孔量大２—４倍，仍能满足　结构的使用条件。但当出现成串气孔总截面超过焊缝　截面２％时，接头的强度极限急速下降，其主要原因　是由于焊接时保护气氛的中断，在出现成串气孔的同　时焊缝金属的机械性能下降。焊缝表面或邻近表面的　１．选择合适的焊接方法，不仅考虑待补焊铸件　的材质、尺寸，还要达到一定的强度、硬度和密封性　能等。选用冷焊法时采用非铸铁焊条：选用热焊法时　采用铸铁型焊条。　２．选用冷焊法时，易产生热裂纹，在焊接工艺　上要采用小电流、快速移动以获得浅的溶深，可减少　母材熔人；焊接时焊条不作横向摆动。坡口底部要开　较大的圆角，这些均有利于减少热裂纹。　３．使用镍、镍铜、铜锕等焊材作填充金属，可　提高焊缝塑型；焊后立即辅之以锤击焊缝。可减少焊　接应力，防止裂纹产生。　五、带压堵漏中的焊接问题　引流法是一种效果显著的带压堵漏方法，对在线　处理设备或管道上出现的裂纹或砂眼较合适。这种焊　接方式除应遵循一般焊接规律外，还要注意以下几点：　Ｉ．这是一种正常生产下的焊接作业，要充分考　虑工艺介质、温度、压力等情况，尤其是压力，如果　２　２　设备壁厚较薄，焊接部位因高温而不足以承受内部压　力，则不能采用这种方法。　２．引流管与泄漏点接触的一端，要加工成合适　的形状，使其与漏点部位的设备表面吻台，避免大量　介质从结合口逸出而影响焊接。　３．在介质泄漏的情况下，焊接易产生气孔。处　理方法：用相应材质的钉子打人气孔，然后用焊接的　方法将钉子打掉，以消除气孔。　４．在焊接的最后阶段，因介质泄漏量加大，可　导致焊接困难，处理方法：收弧后趁焊肉发红之际。　用小锤或扁铲将焊肉撵向未焊部位，待温度降低后再　继续焊接，如此反复，即可将引流管与设备之间满焊。　再关掉引流昔另一端的阀门，即可在线消除该漏点。　作者单位：中原太化集团公司　通信地址ｉ河南省濮阳市人民路西段　邮　编：４５７００４　

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　维普资讯 http://www.cqvip.com 中圆教隆工程２００２．５　修理与改造　气孔比深埋气孔危险，成串或密集气孔比单个气孔更　危险。　２．夹渣的影响　夹渣或夹杂物截面积的大小成比例地降低材料的　抗拉强度，但对屈服强度的影响较小。试验证明，这　类缺陷的尺寸和形状对强度的影响较大，单个的问断　小球状夹渣或夹杂物比同样尺寸和形状的气孔危害　小。直线排列、细小的，且排列方向垂直于受力方向　的连续夹渣较危险。　３．几何形状造成的不连续性缺陷的影响　几何形状造成的不连续性缺陷，如咬边、焊缝戚　形不良或烧穿等，不仅降低构件的有效截面积，还会　产生应力集中。但这些缺陷与构件的高残余拉伸应力　区或热影响区中粗大脆化晶粒区相重叠时，会引发脆　性不稳定扩展裂纹。在较低温度下，一些焊接构件就　是这样破坏的。许多焊接石油管线的断裂也是由于焊　缝表面成型不良引起的。　４．未熔合和未焊透的影响　未熔合和未焊透比气孔和夹渣更为有害。当焊缝　有增高量，或用优于母材的焊条制戚焊接接头时，未　熔合和未焊透的影响并不严重，事实上许多使用中的　焊接结构已工作多年，埋藏在焊缝内部的未熔合和未　焊透并未造成事故，但这类缺陷在一定条件下可成为　脆性断裂的引发点。　５．裂纹的影响　裂纹是最危险的焊接缺陷。由于尖锐裂纹易产生　尖端缺口效应，当出现三向应力状态和温度降低等情　况时，裂纹可能失稳和扩展，造成结构的断裂。裂纹　一般是在拉伸应力场和热影响区显微组织段中产生　的，在静载非脆性破坏条件下，如果塑性流动发生于　裂纹失稳扩展之前，则结构中的残余拉伸应力将无有　害影响，也不会产生脆性断裂。除非裂纹尖端处材料　性能急剧恶化，附近区域的显微组织不良．有较高的　残余拉伸应力，而且在工作温度低予临界温度等不利　条件综合作用下，即使材料中出现裂纹．当它们离开　拉伸应力场或恶化了的显微组织区之后，也会被制止　住。经常对结构进行全面检查，可及时发现这种裂纹。　＝、焊接缺艏对结构脆性破坏的影响　由于裂纹尖端的尖锐度比未焊透、未熔台、咬边　和气孔等缺陷高得多，所以裂纹危害最大。通常．气　孔和夹渣等体积类缺陷的存在量低于５％时，如果结　构的工作温度不低于材料的塑性一脆性转变温度，则　对结构无害。试验证明，带裂纹试件的临界温度比含　夹渣试件高得多。　——＠脚０　国　脚　厦　＠０　匡匡回０　许多焊接结构的脆性断裂都是由微小裂纹引发　的，由于小裂纹未达到临界尺寸，运行后结构不会立　即断裂。但小的焊接缺陷可能在使用期间出现变化，　最后达到临界值。发生脆性断裂。所以，在结构使用期　间定期检查以及时发现和监测接近临界条件的缺陷，　是防止焊接结构脆性断裂的有效措施。　三、焊接缺陷对疲劳强度的影响　焊接工艺缺陷在构件中引起很大的应力集中。在　交变负载下引发疲劳裂纹。不同种类的缺陷对疲劳强　度的影响不同。　１．裂纹、未焊透和未熔合对疲劳强度的影响　裂纹、未焊透和未熔合等对疲劳强度的影响较　大，带裂纹的接头与缺陷面积比率相同且带有气孔的　接头相比，疲劳强度下降较多，前者约为后者的　８５％。　咬肉多出现在焊趾或接头的表面，对疲劳强度的　影响比气孔和夹渣等缺陷大得多，试验证明，带咬肉　的接头１　次循环的疲劳强度约为致密接头强度的　｜　加％。　２．三维缺陷对疲劳强度的影响　三维缺陷对疲劳强度的影响较小，因多数三维缺　陷都是埋藏的，一旦缺陷露出或接近表面时，其疲劳　强度的降低比深埋的明显。如果夹渣形成尖锐刻槽，　则影响很大。球状夹渣和气孔对疲劳强度的影响较　小。接头中如有大量的夹渣和气孔，则对疲劳强度影　响很大，因为它削弱了接头的有效工作面积，并可能　掩盖其有害的缺陷。　３．几种不连续（或应力集中）同时存在时缺陷对　疲劳强度的影响　焊接接头形状的不连续（如焊趾区和根部未焊透　等），接头形式不良和焊接缺陷形成的不连续（包括　错边和角变形）都会产生应力集中。同时，由于结构　设计不当，形成构件形状的突变，也会出现应力集中　区。假如两个应力集中相重叠（如在结构不连续处布　置焊接接头），则该区的理论应力集中系数大约等于　各应力集中系数的乘积。因此，在这些部位极易产生　疲劳裂纹。造成疲劳破坏。　参考文献　１　焊接工艺基础．焊接工艺基础编写组．上海科学技术出版　社上海　１９７９　作者单位：鞍山师范学院　通信地址：辽宁省鞍山市　邮　鳊：ｌ１４ｏ０５　电　话：　（０４１２）６７２６８９２　２　

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