第四章__焊接结构的脆性断裂

焊接技术与工程基础知识单选题100道及答案解析1. 以下哪种焊接方法属于熔焊？（）A. 电阻点焊B. 摩擦焊C. 电弧焊D. 超声波焊答案：C解析：电弧焊是通过电弧产生的高温使焊件局部熔化，实现连接，属于熔焊。

电阻点焊、摩擦焊和超声波焊都不属于熔焊。

2. 焊接电弧中温度最高的区域是（）A. 阳极区B. 阴极区C. 弧柱区D. 以上都不对答案：C解析：弧柱区的温度最高，可达5000 - 8000K。

3. 焊条药皮的作用不包括（）A. 稳弧B. 脱氧C. 传导电流D. 造渣答案：C解析：焊条药皮主要起到稳弧、脱氧、造渣等作用，传导电流不是其主要作用。

4. 焊接接头中性能最差的区域是（）A. 焊缝区B. 热影响区C. 熔合区D. 母材区答案：C解析：熔合区是焊缝与母材的交界区，化学成分和组织不均匀，性能最差。

5. 气保焊中常用的保护气体是（）A. 氧气B. 氮气C. 氩气D. 二氧化碳答案：C解析：氩气是气保焊中常用的保护气体之一，能有效防止焊缝氧化。

6. 以下哪种材料焊接性较好？（）A. 高碳钢B. 中碳钢C. 低碳钢D. 铸铁答案：C解析：低碳钢的碳含量低，焊接性较好；高碳钢、中碳钢焊接性相对较差，铸铁焊接性很差。

7. 焊接时，焊件在冷却过程中产生的应力是（）A. 残余应力B. 工作应力C. 初应力D. 热应力答案：A解析：焊件冷却后残留的应力称为残余应力。

8. 手工电弧焊时，电弧电压主要取决于（）A. 焊接电流B. 焊条直径C. 电弧长度D. 焊件厚度答案：C解析：电弧电压主要取决于电弧长度。

9. 焊接电流增大时，焊缝的（）会增大。

A. 宽度B. 余高C. 熔深D. 以上都是答案：D解析：焊接电流增大，焊缝的宽度、余高和熔深都会增大。

10. 埋弧焊不适合焊接（）A. 长直焊缝B. 环焊缝C. 薄板D. 厚板答案：C解析：埋弧焊不适合焊接薄板，因为其热输入较大。

11. 以下哪种缺陷属于焊缝表面缺陷？（）A. 气孔B. 夹渣C. 咬边D. 未焊透答案：C解析：咬边属于焊缝表面缺陷，气孔、夹渣、未焊透属于内部缺陷。

焊接结构的脆性断裂分析目录摘要一、焊接结构的失效二、脆性断裂的特征三、金属材料脆性断裂的能量理论四、材料断裂的评定方法五、焊接结构脆性断裂事故六、脆性断裂产生的原因和影响因素七、防止焊接结构脆性断裂的工程技术措施八、结论摘要：脆性断裂是焊接结构的一种最为严重的断裂失效，通常脆性断裂失效都在实际应力低于结构设计应力下发生，断裂时无显著的塑性变形，具有突发破坏的性质，往往造成重大损失，因此分析焊接结构脆性断裂的主要因素并从防脆断设计、制造质量的全面控制、设备使用管理等方面提出防止焊接结构发生脆断的工程技术措施显得尤为重要。

一、焊接结构的失效通常意义上讲，焊接失效就是焊接接头由于各种因素在一定条件下断裂，接头一旦失效，就会使相互紧密联系成一体的构件局部分离、撕裂并扩展造成焊接结构损坏，致使设备停机影响正常生产，焊接结构的失效不仅将停止生产，还往往造成许多严重的灾难性事故。

工程中焊接结构有三种断裂形式，脆性断裂（又叫低应力断裂）、疲劳断裂和应力腐蚀断裂，其中，脆性断裂一般都在应力不高于结构的设计应力和没有明显的塑性变形的情况下发生，并瞬时扩展到结构整体，具有突然破坏的性质，不易事先发现和预防，破坏性非常严重。

二、脆性断裂的特征脆性断裂在工程结构上是一种非常危险的破坏,其特点是裂纹扩展迅速,能量的消耗远小于韧性断裂,以低应力破坏为重要特征，它是靠结构内部蓄积的弹性能量的释放而自动传播导致破坏的,因而很少发现可见的塑性变形,断裂之前没有明显的预兆,而是突然发生的,所以说这种断裂往往带来巨大的损失，一般来说,金属脆性断裂时,无论是具有解理形断口,还是皇光泽的结晶状外观断口,都与板面大体垂直,而且板厚方向上的变形很小,在表壁呈无光泽灰色纤维状的剪断形,材料越脆断裂的剪切壁越薄,断口上花样的尖端是指向启裂点的方向,形成山形花样,追综这个花样可以找到启裂点。

三、金属材料脆性断裂的能量理论1920年Griffith 取一块厚度为1单位的“无限”大平板为研究模型，先使平板受到单向均匀拉伸应力σ（图1），然后将其两端固定，以杜绝外部能源，垂直于拉应力的方向开长度为a 2的穿透裂纹，平板中的弹性应变能将有一部分释放，其释放量为U ，新表面吸收的能量为W ，系统总能量变化为E ，则W U E +-=裂纹释放的弹性应变能U 为E a U 22σπ=设裂纹的单位表面吸收的表面能为γ，则形成裂纹所需要的总表面能W 为a W γ4=因此，裂纹体的能量改变总量E 为a E a E γσπ422+-=能量E 随裂纹长度a 的变化如图2γσπγσπ424222+-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-∂∂=∂∂E a a E a a a E 裂纹扩展的临界条件0=∂∂aE ，即 0422=+-γσπE a 因此a E c πγσ2=，c σ－对应于裂纹半长为a 时导致断裂的应力，22πσγE a =－在应力σ作用下，如果裂纹半长c a a <时，裂纹不扩展，结构可以安全工作。

焊接结构脆性断裂的防止方法摘要：本文主要分析影响焊接结构脆性断裂的主要因素，并就预防焊接结构脆性断裂从正确选用材料、采用合理的焊接结构设计、减少和消除焊接残余拉伸应力的不利影响等三个方面提出了针对性的措施。

关键词：焊接结构，脆性断裂，防止方法一、前言焊接结构脆性断裂事故虽然数量较少，但其后果是严重的，甚至是灾难性的。

脆性断裂一般都是在应力不高于焊接结构的设计应力和没有明显塑性变形的情况下发生的，并迅速扩展到整个焊接结构，事先不易发现和预防，因而往往造成重大安全事故。

二、影响焊接结构脆性断裂的主要因素同一种材料，在不同条件下可以显示出不同的破坏形式。

金属脆断主要受到材料状态内部因素以及应力状态、温度和加载速度等外界条件的影响。

1.材料状态的影响焊接结构的材料选择，首先要了解材料本身状态对断裂形式的重要影响。

（1）材料厚度对脆性破坏有影响。

厚板在缺口处容易形成三向应力使材料变脆，因而沿厚度方向的收缩和变形受到较大的限制。

而当板较薄时，材料在厚度方向能比较自由的收缩，减小厚度方向的应力，使之接近于平面应力状态。

（2）脆性断裂通常发生在体心立方和密排六方晶格的金属和合金中，只有在特殊情况下，如应力腐蚀条件下才在面心立方晶格金属中发生。

因而面心立方晶格金属（如奥氏体不锈钢）可以在很低的温度下工作而不发生脆性断裂。

（3）对于低碳钢和低合金钢来说，晶粒度对钢的塑性—脆性转变温度也有很大影响，晶粒度越细，其转变温度越低。

（4）钢中的C、N、O、H、S、P均增加钢的脆性，另一些元素Mn、Ni、Cr、V则有助于减小钢的脆性。

2.应力状态的影响物体受外载荷作用时，在主平面上作用有最大正应力δmax 与主平面成45°的平面上作用有最大切应力τmax。

如果在τmax达到屈服强度前δmax先达到抗拉强度，则发生脆断；反之，如τmax先达到屈服强度，则发生塑性变形或形成延伸断裂。

实际结构中，若处于单向或双向拉伸应力作用，一般呈塑性状态。

焊接结构的脆性断裂及预防措施一、脆性断裂的原因焊接结构之所以发生脆性断裂，是因为焊缝接头处几何的不连续性形成或多或少的焊接缺陷，从而引起应力集中，形成断裂源。

另外，还由于焊接接头处的力学性质的不均匀，使附近热影响区材料性质变脆，以及焊缝接头处总是不可避免地要产生焊接变形及焊接残余应力。

所有这些都可能成为焊接结构破坏的直接原因或间接原因。

特别是一些直接承受动载荷的焊接结构，或是处于低温工作环境时，焊接结构更易发生脆性断裂。

二、脆性断裂的特征脆性断裂在工程结构上是一种非常危险的破坏。

其特点是裂纹扩展迅速，能量的消耗远小于韧性断裂，以低应力破坏为重要特征。

它是靠结构内部蓄积的弹性能的释放而自动传播导致破坏的，因而很少发现可见的塑性变形，断裂之前没有明显的预兆，而是突然发生的，所以说这种断裂往往会造成巨大的损失。

一般来说，金属脆性断裂时，无论是具有解理形断口，还是呈光泽的结晶状外观断口，都与板面大体垂直，而且板厚方向上的变形很小，在表面上附有一层剪切壁，呈无光泽灰色纤维状的剪断形，材料越脆，断裂的剪切壁越薄，断口上花样的尖端总是指向启裂点的方向，形成山形花样，追踪这个花样可以找到启裂点。

三、焊接结构防止脆性断裂的设计原则脆性断裂往往是瞬间完成的，其原因是构件中存在着焊接或冶金缺陷。

首先产生一小的裂纹，而后该裂纹以极快的速度扩展，部分或全部贯穿于结构中，造成脆性失效。

因此．防止焊接结构脆性破坏事故有效的设计方法是要使焊接结构最薄弱的部位具有抵抗脆性裂纹产生的能力。

同时，如果这些部位产生了脆性小裂纹时，其周围母材有将其迅速止住的能力。

在上述设计方法中，一般主要着眼点放在焊缝接头的抗脆性裂纹产生的能力上，以此作为设计的依据。

对于中低强度钢来说，由于残余应力的作用，焊缝接头处一旦产生脆性裂纹，通常向母材方向扩展，因此需要母材有一定的止裂性能。

这时，对于防止结构的脆性断裂是有意义的。

而对于高强度钢来说，裂纹的产生和扩展主要发生在焊缝中，这是因为由于母材强度的提高，接头中更易出现焊接缺陷，产生裂纹。

焊工（技师）习题含答案一、单选题（共80题，每题1分，共80分）1、自动埋弧焊机发生焊接电路接通而电弧未引燃,且焊丝黏结在焊件上的原因是( )。

A、焊丝与焊件接触太松B、焊丝与焊件接触太紧C、导电嘴磨损D、导电不良正确答案：B2、在全波桥式整流电路中,二极管的整流电流应是负载直流电流的( )。

A、1/4B、1/5C、1/3D、1/2正确答案：D3、焊接工艺评定合格只能说明将来施焊产品的焊接接头( )符合要求。

A、焊接防护B、使用性能C、残余变形D、残余应力正确答案：B4、在《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》中,焊条电弧焊用( )表示。

A、SMAWB、OFWC、GTAWD、SAW正确答案：A5、埋弧自动焊( )会使导电嘴以下焊丝发红。

A、电弧电压太高B、焊速太慢C、焊丝伸出长度太长D、送丝太快正确答案：C6、选择双向可控硅时,其额定电流应等于每个反并联普通可控硅额定电流的( )。

A、4倍B、2倍C、1倍D、2.5倍正确答案：B7、管道手工立向下焊接时,底层焊道焊完后应立即进行热焊,时间间隔不宜超过( )。

A、5minB、2minC、10minD、8min正确答案：C8、将电气设备和用电装置的金属外壳与( )相接叫接零。

A、系统零线B、接地装置C、导线D、大地正确答案：A9、球罐壳体压片时,一般( )的瓣片采用热压。

A、直径大、曲率大、厚度小B、直径大、曲率小、厚度小C、直径小、曲率大、厚度大D、直径小、曲率小、厚度大正确答案：C10、在教学过程中,教师首先要做出的一个重要决策是( )。

A、进行评价和反思B、确定教学目标C、考虑学习过程的特点D、选择教学方法正确答案：B11、管道下向焊时,管口组对宜选用内对口器,在撤离内对口器前必须完成( )的根焊。

B、80%C、100%D、20%正确答案：C12、在焊接结构中,疲劳强度最高的接头形式是( )。

A、T形或十字接头B、对接接头C、加盖板的对接接头D、搭接接头正确答案：B13、机器人最重要的性能指标是( ),它是在相同条件下、相同方法操作时,重复多次所测得的同一点的不一致程度。

焊接结构的脆性断裂及预防措施作者：王从明来源：《职业》2011年第13期一、脆性断裂的原因焊接结构之所以发生脆性断裂，是因为焊缝接头处几何的不连续性形成或多或少的焊接缺陷，从而引起应力集中，形成断裂源。

另外，还由于焊接接头处的力学性质的不均匀，使附近热影响区材料性质变脆，以及焊缝接头处总是不可避免地要产生焊接变形及焊接残余应力。

所有这些都可能成为焊接结构破坏的直接原因或间接原因。

特别是一些直接承受动载荷的焊接结构，或是处于低温工作环境时，焊接结构更易发生脆性断裂。

二、脆性断裂的特征脆性断裂在工程结构上是一种非常危险的破坏。

其特点是裂纹扩展迅速，能量的消耗远小于韧性断裂，以低应力破坏为重要特征。

它是靠结构内部蓄积的弹性能的释放而自动传播导致破坏的，因而很少发现可见的塑性变形，断裂之前没有明显的预兆，而是突然发生的，所以说这种断裂往往会造成巨大的损失。

一般来说，金属脆性断裂时，无论是具有解理形断口，还是呈光泽的结晶状外观断口，都与板面大体垂直，而且板厚方向上的变形很小，在表面上附有一层剪切壁，呈无光泽灰色纤维状的剪断形，材料越脆，断裂的剪切壁越薄，断口上花样的尖端总是指向启裂点的方向，形成山形花样，追踪这个花样可以找到启裂点。

三、焊接结构防止脆性断裂的设计原则脆性断裂往往是瞬间完成的，其原因是构件中存在着焊接或冶金缺陷。

首先产生一小的裂纹，而后该裂纹以极快的速度扩展，部分或全部贯穿于结构中，造成脆性失效。

因此．防止焊接结构脆性破坏事故有效的设计方法是要使焊接结构最薄弱的部位具有抵抗脆性裂纹产生的能力。

同时，如果这些部位产生了脆性小裂纹时，其周围母材有将其迅速止住的能力。

在上述设计方法中，一般主要着眼点放在焊缝接头的抗脆性裂纹产生的能力上，以此作为设计的依据。

对于中低强度钢来说，由于残余应力的作用，焊缝接头处一旦产生脆性裂纹，通常向母材方向扩展，因此需要母材有一定的止裂性能。

这时，对于防止结构的脆性断裂是有意义的。

1、焊接的概念:焊接是指通过加热或加压或二者并用，使被焊材料达到原子间的结合，从而形成永久性连接的工艺2、焊接接头由哪几部分组成？其形成经历了哪些过程:焊缝、熔合区、热影响区、未受影响的母材区。

1)焊接热过程2)固－液状态演变过程3)焊接化学冶金过程4)固态相变过程3、焊接的分类方法：压力焊、钎焊、熔化焊4、焊接力学与结构完整性研究中，目前的主要研究内容和研究方法有那些：1)焊接热力效应2)焊接结构行为3)焊接结构完整性问题。

1)解析方法2)数值模拟方法3)工程方法5、各种焊接方法的概念和特点6、焊接热力效应：焊接热过程具有集中瞬时的特点，对材料的显微组织状态有很大影响，也使构件产生焊接应力变形。

这种热作用称为焊接热效应第二章1.焊接熔池结晶有哪些特点?为什么?焊接速度对熔池结晶有何影响? 1）非平衡的动态结晶2）联生结晶和竞争成长3）焊接速度对成长速度和方向的影响。

2.焊接熔池结晶的形态有哪几种类型?是由哪些因素决定的? 焊接熔池的结晶形态主要取决于液相的成分过冷程度。

随成分过冷程度的增大，依次出现平面晶、胞状晶、胞状树枝晶、树枝晶和等轴晶等结晶形态。

由于成分过冷主要受熔池金属中溶质含量W、熔池结晶速度R 和液相温度梯度G的影响，因而可直接从W、R和G的综合作用来考察熔池结晶形态的变化规律3.论述焊缝组织和性能的控制方法和途径。

冶金方面和工艺方面4、易淬火钢和不易淬火钢热影响区的分布特点. 1)完全淬火区(2)不完全淬火区(3)回火区；1)过热区(2)完全重结晶区(3)不完全重结晶区(4)再结晶区5、低合金钢的焊缝相变组织有哪些类型?其形成条件是什么？F、P、B、M第三章1、焊接电弧由哪几部分组成?弧柱区、阴极区、阳极区2、什么是焊接电弧的静特性？各种焊接方法的电弧静特性有何不同？焊接电弧燃烧时，电弧两端的电压降与通过电弧的电流并不是成固定比例的，而是随焊接电流的变化而变化。

在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时，电弧电压和电弧电流之间的关系称为焊接电弧的静态伏安特性，简称伏安特性或静特性。

焊接结构的疲劳破坏和脆性断裂一、焊接结构的疲劳破坏大量统计资料表明，工程结构失效80%以上是由疲劳引起的。

美国商业部国家标准局向美国国会提出的研究报告，美国每年因断裂及防止断裂要付1190 亿美元的代价，相当国民经济总产值4 % ，而统计资料表明，绝大多数的断裂是由疲劳所引起的。

美国有几座桥梁的疲劳断裂纹发生在靠近焊缝端部的焊趾部位，如图2 一53 所示，在图示的裂纹部位有较高的应力集中。

在载荷作用下，腹板平面位移集中在一个比较狭窄而没有支撑的腹板高度上，也就是翼板至加强肋底部的腹板高度上（划阴影线区域），从而使该处腹板开裂。

疲劳定义为重复应力所引起的裂纹起始和缓慢扩展，从而产生的结构部件的损伤。

疲劳断裂过程通常经历裂纹萌生、稳定扩展和失稳扩展三个阶段。

‘一）疲劳断口的特征在进行疲劳断口的宏观分析时，一般把断口分成三个区，这三个区与疲劳裂纹的形成、扩展和瞬时断裂三个阶段相对应，分别称为疲劳源区、疲劳扩展区和瞬时扩展区，如图2 一54 所示。

疲劳源区是疲劳裂纹的形成过程在断口上留下的真实记录。

由于疲劳源区一般很小，所以宏观仁难以分辨疲劳源区的断面特征。

疲劳源一般总是发生在表面，但如果构件内部存在缺陷，如脆性夹杂物等，也可在构件内部发生。

疲劳源数目有时不止一个，而有两个甚至两个以上，对于低周疲劳，则于其应变幅值较大，断口上常有几个位于不同位置的疲劳源。

疲劳裂纹扩展区是疲劳断口上最重要的特征区域。

其宏观形貌特征常呈现为贝壳状或海滩波纹状条纹，而且条纹推进线一般是从裂纹源开始向四周推进，呈弧形线条，而且垂直于疲劳裂纹的扩展方向。

其微观特征是疲劳裂纹，又称疲劳辉纹，每一贝壳花纹内有干万条。

它通常是明暗交替的有规则相互平行的条纹，一般每一条纹代表一次载荷循环。

疲劳条纹的间距在 0.1- 0.4 Уm 之间一般来说，面心立方金属（如铝及铝合金、不锈钢）的疲劳条纹比较清晰、明显。

体心立方金属及密排六方结构金属的疲劳条纹远不如前者明显，如钢的疲劳条纹短而不连续，轮廓不明显。