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  • 影响结构脆断的工艺因素

    时间:2022-10-10关注:542

      在焊接结构脆性破坏事故中,裂纹起源于焊接接头的情况是很多的,因此在制造时有必要对焊接接头部位给予充分的注意。

      (1)两类应变时效引起的局部脆性钢材随时间发生脆化的现象称为时效。钢材经一不合同

      定塑性变形后发生的时效称为应变时效。焊接生产过程中一般包括切割、冷热成形(剪切、

      弯曲、矫正等)、焊接等工序,其中一些工序可能提高材料的韧-脆转变温度,使材料变脆。例如钢材经过剪切、冷作矫形、弯曲等工序产生了一定的塑性变形后,经160-450℃温度范围的加热而引起应变时效,使钢材变脆。另一类应变时效是,在焊接时,近缝区的金属,尤其是在近缝区上尖锐刻槽附近或多层焊道中已焊完焊道中的缺陷附近的金属,受到热循环和热塑变循环(150-450℃)的作用,产生焊接应力一应变集中,产生较大的塑性变形,也会引起应变时效,这种时效称为热应变时效或动应变时效。

      焊后热处理(550-650℃)可消除两类应变时效对低碳钢和一些合金结构钢的影响,可恢复其韧性。因此对应变时效敏感的一些钢材,焊后热处理既可以消除焊接残余应力,也可以消除应变时效的脆化影响,对防止结构脆断有利。

      (2)焊接接头金相组织改变对脆性的影响 焊接过程是一个不均匀的加热过程,在快速加热和冷却条件下,使焊缝和热影响区发生了一系列金相组织的变化,因而相应地改变了接头部位的缺口韧性。热影响区的显微组织主要取决于母材的原始显微组织、材料的化学成分、焊接方法和焊接热输入。当焊接方法和钢种选定后,主要取决于焊接热输入。因此,合理地选择焊接热输入是十分重要的,对高强度钢更是如此。实践证明,对高强度钢的焊接,过小的焊接热输入易造成漳硬组织并易产生裂纹,过大的焊接热输入又易造成晶粒粗大和脆化,降低其韧性。通常需要通过工艺试验,确定最佳的焊接热输入。可以采用多层焊,以适结构

      当的焊接参数焊接,来减小焊接热输入,可以获得满意的韧性。如日本德山球形容器(2226m)的脸性断裂事故就是由于采用了过大的焊接热输入而造成的。该容器采用高强度钢焊接,按工艺规定应采用的焊接热输入为48kJ/cm,但在冬季施工,预热温度偏高,焊接热输入也偏大。事故分析表明,脆性断裂起源点的焊接热输入为80kJ/cm,明显超过规定的热输入,使焊缝和热影响区的韧性显著降低。

      (3)焊接残余应力的影响 焊接残余应力对结构脆断的影响是有条件的,当工作温度高于材料的韧、脆转变温度时,拉伸残余应力对结构的强度无不利影响,但是当低于韧一脆转变温度时,拉伸残余应力则有不利影响,它与工作应力叠加,可以形成结构的低应力脆性破坏。

      (4)焊接缺陷的影响 在焊接接头中,焊缝和热影响区是最容易产生各种缺陷的地方。

      据美国在第二次世界大战中对船舶脆断事故的调查表明,40%的脆断事故是从焊缝缺陷处开始的。焊接缺陷如裂纹、未熔合、未焊透、夹渣、咬边等都可以成为脆断的发源地。我国吉林某液化石油气厂的球罐破坏事故表明,断裂的发源地就是有潜在裂纹的焊缝焊趾部位,在使用中进一步扩展而导致脆断。

      焊接缺陷均是应力集中部位,尤其是裂纹,裂纹尖端应力应变集中严重,最易导致脆性断裂。裂纹的影响程度不但与尺寸、形状有关,而且与其所在的位置有关。若裂纹位于高值拉应力区,就更容易引起低应力破坏。若在结构的应力集中区(如压力容器的接管处、钢结构节点上等)产生缺陷就更加危险,因此最好将焊缝布置在应力集中区以外。

      (三)防止焊接结构脆性断裂的措施

      综上所述,造成结构脆性断裂的主要因素是:材料在工作条件下韧性不足,结构上存在严重应力集中(包括设计和工艺上的)和过大的拉应力(包括工作应力、残余应力和温度应力等)。若能有效地减少或控制其中某一因素,则发生脆断的可能性将显著减小。通常从选材、设计和制造三方面采取措施来防止结构的脆性断裂。

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