延迟断裂原因分析及预防措施

焊接延迟裂纹产生的原因焊接延迟裂纹是在焊接过程中产生的一种裂纹缺陷。

它是由于焊接热循环引起的应力积累超过了材料的承受能力而导致的。

焊接延迟裂纹的产生原因主要有以下几个方面。

焊接热循环是焊接延迟裂纹产生的主要原因之一。

在焊接过程中，焊接区域受到了高温热源的加热，然后又很快冷却。

这种热循环会使焊接区域产生应力。

由于焊接区域的热膨胀系数与母材不同，当焊接区域冷却时，焊接区域会受到约束，从而产生应力。

这种应力会导致焊接延迟裂纹的产生。

焊接材料的选择也会影响焊接延迟裂纹的产生。

焊接材料的热膨胀系数和母材的热膨胀系数不同，会导致焊接区域在焊接过程中产生较大的应力。

如果焊接材料的强度较低，那么在焊接过程中就容易发生延迟裂纹。

焊接工艺参数的选择也会对焊接延迟裂纹的产生产生影响。

焊接工艺参数包括焊接电流、焊接速度、焊接温度等。

如果焊接电流过大，焊接速度过快，焊接温度过高，都会导致焊接区域的应力积累过大，从而引发焊接延迟裂纹。

焊接材料和母材的不匹配也是焊接延迟裂纹产生的原因之一。

焊接材料和母材的化学成分、组织结构等方面存在差异，这会导致焊接区域在焊接过程中产生应力。

如果焊接材料和母材之间的不匹配性较大，那么焊接区域的应力就会更大，从而容易产生延迟裂纹。

焊接过程中的一些外界因素也会对焊接延迟裂纹的产生产生影响。

例如焊接过程中的振动、气体环境等。

这些外界因素会干扰焊接过程，使焊接区域的应力分布不均匀，从而容易产生延迟裂纹。

焊接延迟裂纹的产生是由于焊接热循环引起的应力积累超过了材料的承受能力而导致的。

焊接热循环、焊接材料的选择、焊接工艺参数的选择、焊接材料和母材的不匹配性以及焊接过程中的外界因素都会对焊接延迟裂纹的产生产生影响。

为了减少焊接延迟裂纹的产生，需要选择合适的焊接材料和焊接工艺参数，控制好焊接过程中的外界因素，并采取适当的措施来缓解焊接区域的应力积累。

只有这样，才能有效地预防焊接延迟裂纹的产生，提高焊接质量。

高强度螺栓钢延迟断裂分析西宁特钢技术资料高强度螺栓钢延迟断裂分析一、高强度螺栓在实际运行中的受力情况及其性能要求螺栓在各种机构中起着连接、紧固、定位、密封等作用。

螺栓在安装时需要预先拧紧，因此都需要承受静拉伸载荷。

预紧力越大，连接强度和紧固、密封性就越大。

除受到轴向预紧拉伸载荷的作用外，通常还会在工作过程中受到附加的轴向拉伸(交变)载荷、横向剪切(交变)载荷或由此复合而成的弯曲载荷的作用，有时还受到冲击载荷的作用。

通常情况下，附加的横向交变载荷会引起螺栓的松动，轴向交变载荷会引起螺栓的疲劳断裂，而在环境介质的作用下轴向拉伸载荷则会引起螺栓的延迟断裂。

因此，在应用高强度螺栓时，对材料成分、冶金螺栓结构、制造工艺、安装及使用提出了更高的技术要求。

一般来讲，高质量、强度螺栓及其用钢应满足以下要求:(1) 高的抗拉强度，以便抵抗拉长、拉断、滑扣和磨损。

(2) 较高的塑性和韧性，以减少对偏斜、缺口应力集中和表面质量的敏感性。

(3) 对于在海边、河边、油田等潮湿大气或腐蚀气氛环境下工作的螺栓，要求螺栓材料具有足够低的延迟断裂敏感性，以保证螺栓工作时安全可靠。

(4) 对于承受交变载荷和冲击载荷的螺栓，要求具有较高的疲劳抗力和多次冲击拉伸抗力，以抵抗疲劳、多冲断裂。

(5) 对于在严寒地区或低温下工作的螺栓，还要求具有低的韧-脆转化温度。

(6) 中小直径螺栓往往多采用冷镦成形螺栓头和搓(滚)丝生产工艺，这就要求材料具有良好的冷镦等冷加工工艺性能。

二、高强度螺栓钢的延迟断裂及特征钢的回火马氏体组织具有良好的强度和韧性配合，而且还可以通过调整碳和合金元素等添加元素的种类、数量和热处理工艺而控制其强度，因此在合金钢中得到了十分广泛的应用。

然而回火马氏体钢在自然环境下易发生延迟断裂，且延迟断裂敏感性随着强度的提高而增大。

同时，高强度螺栓属于缺口零件，具有很高的缺口敏感性，容易在缺口集中部位如杆与头部的过度处或螺纹根部产生延迟断裂。

总第160期2007年第4期河北冶金 H EB EI M ETALLU R G YTo tal1602007,N um ber4收稿日期:2007-07-17PC钢棒延迟断裂形成原因分析于红波1,梁爱国2(11邯郸钢铁公司　线材厂,河北　邯郸　056015;21邯郸钢铁公司　技术中心,河北　邯郸　056015)摘要:介绍了PC钢棒延迟断裂的现象及机理,分析了诱发PC钢棒延迟断裂的原因,提出了改进措施。

关键词:PC钢棒;延迟断裂;原因分析中图分类号:TG33516 文献标识码:B文章编号:1006-5008(2007)04-0059-02D ELA YED FRA C TU RE OF STEEL BAR FO RPR ESTR ESSED CON CR ETE AND ITS FA I LU R E ANAL YSESYU H ong-bo1,L I AN G A i-guo2(1.W ire Pcant,H andan Iron and S teel C om pany,H andan,Hebei,056015;2.Technique C enter,H andan Iron and S teel C om pany,H andan,H ebei,056015)A bstract:The features and m echanism of fracture of steel bar for p restressed concrete(PC bars)are de2 scribed,and the causes w hich induced the delayed fracture in the PC bars are analyzed in the paper1som e m easures are p roposed1Key W ords:steel bar for p restressed concrete;D elayed fracture;causes of analyses1　前言PC钢棒全称为预应力混凝土用钢棒(S teel B ar for Prestressed C oncrete),是国家建设部推荐一种低合金调质钢,通常采用30M nS i盘条为原料,通过阴螺纹拉拔、感应加热、淬火、回火等工序而制成。

高强度螺栓延迟断裂原因与预防方法穆金禄中铁大桥科学研究院有限公司目录前言 3一、建立高强度螺栓的断裂判据 4二、高强度螺栓延迟断裂的原因 14三、桥梁高强度螺栓断裂的趋势 18四、延迟断裂的高强度螺栓断口分析 19五、完善高强度螺栓的断裂判据 22六、预防高强度螺栓延迟断裂的方法22附：公式推导及专家对试验方法的审查意见 24前言桥梁上的高强度栓螺栓（以下简称高栓）都发生了不同数量的延迟断裂，高栓延迟断裂的原因主要有应力腐蚀开裂和氢脆等原因引起的高栓脆断。

发生延迟断裂的高栓长度绝大多数是90mm及以下的高栓；如南京某桥从1969年建成到1987年11月共断了127个高栓，其中：100mm的1个、90mm的4个其余122个是75mm的高栓[1]；高栓断裂的部位大都断在丝扣处、且主要断在螺母下第一扣处。

若高栓的延迟断裂主要是由氢脆等原因引起的话，其断裂的长度范围和断裂的部位都应该是随机的，所以高栓的延迟断裂主要原因是由应力腐蚀开裂所引起的延迟断裂，氢脆和其它原因引起的脆断为次要原因。

本人用断裂力学的柔度标定法做高栓的柔度标定时发现：高栓的形位公差会使高栓承受一个由附加弯矩差生的弯曲拉应力，该拉应力与高栓预拉力的拉应力叠加后，若超过了其抗拉强度，就会在高栓拉应力最高处的局部开裂，此后高栓即开始了应力与腐蚀开裂的进程；试验还发现高栓的强度越接近高栓国标强度的上限、高栓的综合力学性能降低的越多、高栓断裂率也越高。

此外，用光弹性材料制成的螺栓做光弾试验，由其“纵向冻结切片”等差线图得知：螺母下第一扣处的应力集中系数最高，所以高栓大都在此处断裂。

一．建立高栓的断裂判据（一）高栓的病害与试验研究1.高栓病害情况介绍1961年我国用高栓在广西修建了第一座栓焊梁桥——雒容大桥，此后修建的各座大桥的高栓都发生了不同程度的延迟断裂。

1973年铁道部组织相关单位对已建的铁路桥梁和成昆铁路新建的多座栓焊梁桥做了调查，调查结果是各桥高栓的平均断裂率为2‰上下，断裂高栓的长度绝大部分是90mm 及以下的短高栓；断裂的高栓大都断在丝扣处，且主要断在螺母下第一扣处。

汽车零件延迟开裂的研究一、延迟开裂现状在汽车生产、销售中经常出现金属零部件装配完成后在很短时间内断裂的事故。

发生断裂的零件各种各样，零件的材质、热处理工艺也不相同，但是经过分析发现，它们的失效机理基本一致，都是延迟开裂造成的，延迟开裂也称静疲劳。

二、延迟开裂案例：最近出现的汉德桥螺母批量开裂、弹性垫圈、齿型弹片断裂、扭杆断裂、主动椎齿轮螺纹头部断裂等都是延迟开裂造成的。

图1 图2汉德桥自带螺母开裂（回火不足）弹簧垫圈开裂（回火不足、氢脆）图3 图4扭杆开裂（回火不足、增碳）齿型垫圈开裂（氢脆）图5 主动椎齿轮断裂（保护不当增碳）三、延迟开裂的研究延迟开裂的定义：金属零件在淬火、回火后的组织状态下和高应力作用下，裂纹的萌生、稳定扩展、失稳扩展的失效过程。

延迟开裂的条件：1、金相组织， 2、应力。

延迟开裂只在马氏体及其回火组织下发生。

案例中这五种零件都是该组织。

应力分为：来自装配和结构的外应力；来自零件内部组织差异的内应力。

延迟开裂的特征：延迟性，即表现出对施加载荷后产生断裂的滞后性，一般在装配完后几十分钟至几天开裂。

延迟开裂的机理：目前广泛应用的室温延迟开裂机理，主要是氢致开裂和应力腐蚀两种。

其中“氢脆”是公认并得以广泛应用的机理。

氢是必须控制的，延迟开裂的过程伴随着氢的扩散、聚集。

四、延迟开裂的影响因素及分析延迟开裂的影响因素：回火不足：金属零件淬火后有很大的内应力，需要及时充分的回火消除，回火不足导致零件应力过大产生延迟开裂。

例：汉德桥自带螺母（图1 ），技术要求材质为40Cr，硬度要HB285~321。

断裂件的实测硬度＞HB420，严重的回火不足。

表面增碳：金属零件在热处理时为了防止脱碳或增碳会采取保护措施，保护不当会导致局部增碳，硬度高；图3扭杆，在热处理过程中保护气氛碳势不均匀，造成头部增碳、硬度远高于其它部位，安装后不久就在头部发生延迟断裂。

图5 X141后桥主动椎齿轮断裂是因为尾部螺纹在零件渗碳时防渗处理不当，导致螺纹增碳，硬度高于技术要求，安装后在扭力的作用下发生延迟开裂。

如何预防延性断裂1. 简介延性断裂是指材料在受到外力作用下发生的延伸过程中，发生剧烈变形并最终破裂的现象。

延性断裂对材料的可靠性和安全性有重要影响，因此预防延性断裂是材料工程的重要课题。

本文将从材料选用、设计优化、工艺控制等方面介绍如何预防延性断裂。

2. 材料选用材料的选用是预防延性断裂的关键步骤。

以下是一些选材方面的原则：2.1. 材料的延展性能选择具有良好延展性能的材料可以有效预防延性断裂。

延展性能通常可以通过材料的屈服强度与断裂韧性来评估。

通常情况下，高屈服强度材料在受力时容易发生断裂，而高韧性材料则能够在受力时发生较大的变形而不发生断裂。

2.2. 材料的韧性在选择材料时，应该考虑材料的韧性。

韧性是材料在受力过程中能够吸收能量的能力。

具有高韧性的材料在受力时能够发生较大的变形，从而减缓延性断裂的发生。

2.3. 材料的强度与硬度材料的强度与硬度对延性断裂的预防也起到一定的作用。

选择具有适当强度与硬度的材料可以有效抵抗外界力的作用，降低延性断裂的风险。

3. 设计优化在材料的设计过程中，可以采取一些措施优化设计，以预防延性断裂的发生。

3.1. 减小应力集中应力集中是延性断裂的主要原因之一。

通过合理设计构件的形状、曲线和接缝等，可以减小应力集中的程度，从而减少延性断裂的风险。

3.2. 增加过载能力过载能力是指材料在短时间内承受较大荷载的能力。

增加构件的过载能力可以有效预防延性断裂的发生。

可以通过增加材料的截面积、板壳的厚度等方式增加构件的过载能力。

3.3. 合理设置缺口合理设置缺口可以降低材料的应力集中程度，从而降低延性断裂的风险。

合理设置缺口要考虑缺口尺寸、位置和形状等因素，以最大程度地减小延性断裂的风险。

4. 工艺控制工艺控制是预防延性断裂的关键环节。

以下是一些工艺控制方面的建议：4.1. 控制加热与冷却速率材料的加热与冷却速率对延性断裂有一定的影响。

过快的加热与冷却速率会导致材料内部产生较大应力，从而增加延性断裂的风险。

1、定义焊接后经过一段时间才产生的裂纹为延迟裂纹。

延迟裂纹是冷裂纹的一种常见缺陷，它不在焊后立即产生，而在焊后延迟几小时、几天或更长时间才出现。

2、有延迟裂纹倾向的材料16MnR、15MnVR（鞍钢研制，现基本不生产了）、15MnNbR、18MnMoNbR（不好购买）、13MnMoNbR（仿制日本的BHW35，是单层厚壁用钢，焊接性能好但价格高）、07MnCrMoVR、07MnNiMoVDR和日本的CF-62系列钢。

3、产生原因延迟裂纹也叫氢致延迟裂纹，产生原因为焊接过程中溶于焊缝金属内的氢向热影响区扩散、偏聚，特别是在容易启裂的三轴拉应力集中区富集，引起氢脆，即降低金属在启裂位置（或裂纹前端）的临界应力，当此处的局部应力超过此临界应力时，就造成开裂。

这种裂纹的形成有明显的时间延迟的特征，其原因在于氢扩散富集需要时间(孕育期)。

产生此种裂纹的条件是存在着氢和对氢敏感的组织，同时又有较大的拘束应力。

因此，它常产生在严重应力集中的焊件根部和缝边，以及过热区。

4、防止措施有：（1）选用低氢焊接材料和低氢的焊接方法。

（2）焊条焊剂使用前应按规定要求烘干，领取焊条应装保温筒。

（3）严格控制氢的来源。

清除工件坡口和焊丝表面上的铁锈、油脂和吸附的水分等；控制环境温度，当空气相对湿度超过90%及下雨、下雪环境不得施焊。

（4）调整焊缝化学成分。

适当加入可提高焊缝金属塑性、韧性的合金元素，有利于防止冷裂纹。

例如，用奥氏体焊条或焊丝接淬硬倾向较大的高合金钢；采用可向焊缝过渡细化晶粒的合金元素（Mo、V）的新型焊条等。

（5）合理选择焊执接工艺及参数。

包括：焊前预热、焊后缓冷、后热消氢及焊后热处理等。

可改善焊缝及热影响区的组织，降低淬硬程度、去氢，从而防止延迟裂纹。

（6）采取措施降低接头的拘束应力。

"延迟裂纹" 英文对照delayed crack; delayed cracking;"延迟裂纹" 在学术文献中的解释1、对于这类不是在焊后立即出现的冷裂纹,称为“延迟裂纹”.“延迟裂纹”是冷裂纹比较普遍的一种形态,由于其迟滞性,往往不易被发现,其危害性也就更为严重文献来源2、某些珠光体合金钢,如Cr一Mo钢,Cr一Mo一V钢等,在焊接过程中氢气不能及时释放而存在焊缝之中,氢气的压力加上焊接应力,使焊件在焊后一段时间内在焊缝发生裂纹甚至开裂,称为延迟裂纹文献来源3、所以这种冷裂纹又称为延迟裂纹.焊后至出现裂纹的时间称为裂纹的潜伏期.眶额八路”‘最早由Drab刨1978）提出称为“halfandhalf．显谋文献来源4、由氢脆引起的基体金属冷裂纹,称为延迟裂纹,即使一般不发生在焊缝,但仍是熔化焊接头的严重缺陷.弧坑中的收缩应力使其产生表面裂纹,一般呈星簇状,称之为星状裂纹(图1)文献来源5、因此,我们通常把冷裂纹称为延迟裂纹.许多文献上把氢引起的延迟裂纹称为“氢致裂纹”.明朝的《学圃杂疏》中有花心大白菜的记载称为“黄芽菜”文献来源6、1．2冷裂纹性质特征一是形成的长时间性在温度相当低及焊接结束后较长一段时间内产生而由氢裂痕转变为裂纹又需要经历一段孕育时间又称为延迟裂纹.二是具有难以检测查找的隐蔽性延迟裂纹产生初期形态微细呈晶间穿透性质尤其裂纹形成又是在焊接后较长一段时间发生检验难度大因此裂纹隐患的危害性也较大文献来源与"延迟裂纹" 相关的学术图片图5避免延迟裂纹的后热温度和后热时间的关系更多>>"延迟裂纹" 在工具书中的参考阅读延迟"延迟裂纹" 在CNKI文献中的参考阅读冷裂纹与 "延迟裂纹" 相关的文献总量年度变化规律图研究 "延迟裂纹" 相关问题的主要学者张悦王学李红玲张良成刘成新徐道荣邹家生彭云沈保罗汪建新出版 "延迟裂纹" 相关文献的期刊焊接技术焊接学报机械工人热加工石油化工设备压力容器安装航空材料学报北京林业大学学报电力学报广东造船。

高强度螺栓延迟断裂的原因与预防方法
高强度螺栓的延迟断裂是由于螺栓应力超过了其承载能力，导致螺栓疲劳损伤和断裂。

以下是高强度螺栓延迟断裂的原因和预防方法：
原因：
1. 过度紧固：过度紧固会导致螺栓应力过大，超过其材料的耐久极限，导致螺栓疲劳断裂。

2. 不平衡载荷：如果载荷不均匀地分布在螺栓上，会导致某些螺栓承受更大的应力，从而引起断裂。

3. 氧化腐蚀：螺栓暴露在潮湿或腐蚀性环境中，容易发生氧化腐蚀，减小螺栓的强度，导致延迟断裂。

4. 弯曲或倾斜载荷：如果施加在螺栓上的载荷是弯曲或倾斜的，会导致不均匀的应力分布，增加螺栓的疲劳断裂风险。

预防方法：
1. 控制紧固力：使用正确的紧固工具和方法，确保不过度紧固螺栓，以避免超负荷应力。

2. 均匀分配载荷：设计和安装时，确保载荷均匀地分布在螺栓上，减少应力差异。

3. 防腐措施：在螺栓暴露在潮湿或腐蚀性环境中时，使用防腐涂层或防腐材料等措施，降低氧化腐蚀的风险。

4. 避免弯曲和倾斜载荷：设计和安装时，确保载荷施加在螺栓上的方向与螺栓轴线一致，减小局部应力差异。

综上所述，控制紧固力、均匀分配载荷、防腐和避免弯曲倾斜载荷是预防高强度螺栓延迟断裂的关键措施。

此外，定期检查
和维护螺栓的状态，及时更换老化和损坏的螺栓也是重要的预防方法。

焊缝延迟裂纹时间焊接是一种常见的金属连接方法，广泛应用于工业生产中。

然而，焊接过程中往往会出现一些问题，比如焊缝延迟裂纹。

焊缝延迟裂纹是指焊接后一段时间内出现的裂纹现象，对焊接质量和结构强度造成了很大的影响。

本文将从焊缝延迟裂纹的原因、预防措施和修复方法等方面进行探讨。

要了解焊缝延迟裂纹的原因。

焊缝延迟裂纹主要是由于焊接时产生的应力和热变形引起的。

在焊接过程中，金属材料受到高温和冷却的作用，会发生体积的变化，从而产生应力。

如果焊接后的金属结构不能有效地释放这些应力，就会导致焊缝延迟裂纹的产生。

此外，焊接时的操作不当、焊接材料的选择不合理以及焊接参数的设置不当等因素也会增加焊缝延迟裂纹的风险。

为了预防焊缝延迟裂纹的产生，可以采取一些措施。

首先，要合理选择焊接材料。

不同的材料具有不同的热膨胀系数和热导率，选择合适的焊接材料可以减少焊接时的热变形和应力。

其次，要控制焊接参数。

通过合理设置焊接电流、电压和焊接速度等参数，可以降低焊接过程中产生的应力和热变形。

此外，还可以采用预热和后热处理的方法，来减少焊接时的热应力和冷却应力。

当焊缝延迟裂纹已经出现时，需要及时采取修复措施。

修复焊缝延迟裂纹的方法有很多种，根据裂纹的性质和严重程度选择合适的方法。

常见的修复方法包括焊接补焊、局部加热和热处理等。

焊接补焊是一种常用的修复方法，通过在裂纹处进行焊接，填补裂纹并提高焊接强度。

局部加热可以通过热膨胀和热应力的作用，使裂纹闭合或减小。

热处理是利用金属的相变和组织变化来改变材料的性能，从而修复焊缝延迟裂纹。

除了以上方法，还可以采取一些其他的措施来预防焊缝延迟裂纹的产生。

例如，在焊接过程中使用适当的焊接顺序，避免焊接产生过多的应力集中。

此外，还可以进行焊接前的材料预处理，如去除氧化物、油污和杂质等，以提高焊接质量。

焊缝延迟裂纹是焊接过程中常见的问题，对焊接质量和结构强度造成很大的影响。

通过合理选择焊接材料、控制焊接参数以及采取适当的修复措施，可以预防和修复焊缝延迟裂纹的产生。

防止产生延迟裂纹的措施
延迟裂纹是指在材料受到持续或重复的应力作用下，由于材料内部应
力超过其承受能力而导致的裂纹。

为了防止产生延迟裂纹，我们可以
采取以下措施：
1. 控制应力水平：在使用材料时，需要确保其所受到的应力不超过其
承受能力。

因此，在设计和使用材料时需要合理考虑载荷和强度等因素，以确保材料不会遭受过大的应力。

2. 控制温度和湿度：一些材料对温度和湿度非常敏感，这可能会导致
它们发生变形或者失去强度。

因此，在使用这些材料时需要注意环境
温度和湿度，并采取相应措施进行调节。

3. 优化表面处理：表面处理可以提高材料的抗疲劳性能和耐腐蚀性能。

通过选择合适的表面处理方式，可以减少延迟裂纹的产生。

4. 加强质量控制：在生产和加工过程中，需要对材料进行严格的质量
控制。

只有经过严格检验的合格产品才能被使用，这可以确保材料的
性能符合设计要求，从而减少延迟裂纹的产生。

5. 加强维护和检修：对于已经使用的材料，需要定期进行维护和检修。

及时发现并修复潜在的问题可以有效地减少延迟裂纹的产生。

通过以上措施，我们可以有效地防止产生延迟裂纹，提高材料的使用寿命和安全性能。