综述焊接接头断裂形式及断口特征

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)

1.1疲劳断口的宏现形状特征 (16)

1.2疲劳断口的微观形状特征 (17)

第二节焊接接头脆性断裂的断口分析 (19)

2.1沿晶脆性断裂 (19)

2.2解理断裂 (19)

2.3准解理断裂 (20)

参考文献 (21)

引言

焊接技术是一门重要的金属加工技术，尽管焊接技术发展很快，自动化程度也越来越高，但在焊接结构中任然存在着一些缺陷，这些缺陷将导致焊接结构的断裂，影响焊接结构的使用，降低了焊接结构的安全性，通过焊接接头断口特征的分析可以判断出断裂的过程和原因，从而找出解决方法，提高焊接结构的安全性。

第一章焊接接头的基本理论

第一节焊接接头基本知识

1.1焊接接头的组成

现代焊接技术发展迅速，新的焊接方法不断出现，接头类型更是繁多，但应用最广泛的焊接方法是熔焊。本文将以熔焊接头为重点进行分析。焊接接头是由焊缝金属、熔合区、热影响区组成，如图1.1.1所示

图1.1.1.

焊缝金属是由焊接填充金属及部分母材金属熔化结晶后形成的，其组织和化学成分不同于母材金属。热影响区受焊接热循环的影响，组织和性能都发生变化，特别是熔合区的组织和性能变化更为明显。因此，焊接接头是一个成分、组织和性能都不均匀的连接体。此外，焊接接头因焊缝的形状和布置的不同，将会产生不同程度的应力集中。所以不均匀性和应力集中是焊接接头的两个基本属性。

1.2焊接接头的基本形式

焊接接头的基本形式有四种;对接接头、搭接接头、T形接头和角接接头（如图1.2.1所示）。选用接头形式时应该熟悉各种接头的优缺点。

图1.2.1 焊接接头的基本形式

a)对接接头b)搭接接头

c)T形接头d)角接接头

5 2011/3/16

第二节电弧焊接头的工作应力

2.1应力集中的概念

为了表示焊接接头工作应力分布的不均匀程度，这里引入应力集中的概念。

所谓应力集中，是接头局部区域的最大应力值较平均应力值高的现象。而应力集中的大小常以应力集中系数K

表示。

T

2.2产生应力集中的原因

在焊接接头中产生应力集中的原因是：

1）焊缝中有工艺缺陷。焊缝中经常产生的缺陷有气孔、夹杂、裂纹和未焊透等，都会在其周围产生应力集中，其中尤以裂纹和未焊透引起的应力集中最严重。

2)焊缝外形不合理。如对接接头的余高过大，角焊缝为凸出形等，在焊趾处都

会形成较大的应力集中。

3)焊缝接头设计部不合理。如接头截面的突变、加盖板的对接接头等，均会造

成严重的应力集中。焊缝布置不合理，如只有单侧焊缝的T形及接头，也会引起应力集中。

第二章焊接结构的断裂控制与失效分析

第一节焊接接头的断裂形式

1.1断裂形式的分类

1.疲劳断裂

是高能量吸收的断裂过程，特征是材料在断裂前发牛大量的。明显的宏观塑性变形。韧性材料在室温下受载，一般是先产生弹性变形。随载荷加大到屈服点后开始滑移，产生大量塑性变形。在塑性变形达到一定程度后，在某些部位发生位错的塞积，导致微裂纹形核。继续增加载荷时，微裂纹扩展并相互连接，直到最终断裂。疲劳断裂是应力水平高于整体屈服应力下的由塑性变形控制的断裂过程。裂纹扩展呈较缓慢的稳定扩展特征；减少载荷或卸载，则会随时止裂。延性断裂过程由于伴随大量的塑性变形及能量吸收，工件的外形呈现明显的缩颈、弯曲及断面收缩等宏观整体变形，其宏观断口形貌呈凹凸不平的暗灰色纤维状。

2.脆性断裂

属低能量吸收的断裂过程，特点是断裂前无显著的变形。

脆性断裂过程巾裂纹扩展速度很快，断裂往往是突然爆发，事先无征兆，因而是一种危险的断裂形式，往往会造成严重事故。典型的脆断事故如美同俄亥俄州的“银桥”在冬季突然断为两截的事故，1949～1953年期间在美国海军中服役的一批“自由轮”脆断沉没事故等。速此脆性断裂事故往往发生在低应力下。当内部存在裂纹源，外部环境又恶劣(如低温下)时易发生。

脆性断裂的断口往往垂直于正应力方向，较平坦整齐，断口有金属光泽，强光下可看到断日中颗粒状的小面闪闪反光。用肉眼可看到断口中往往有放射条纹或人字纹。工程上规定光滑拉伸试样的断面收缩率小于5％的材料称为脆性材料。

1.2焊接接头的疲劳断裂

1.疲劳的概念

疲劳是材料在循环应力和应变作用下，在一处或几处产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突变发生完全断裂的过程。疲劳极限是在指定循环基数下的中值疲劳强度循环基数一般取107更高一些。在承受重复载荷结构的应力集中部位，当部件所受的公称应力低于弹性极限时，就可能产生疲劳裂纹，由于疲劳裂纹发展的最后阶段——失稳扩展（断裂）是突然发生的，没有预兆，没有明显的塑性变形，难以采取预防措施，所以疲劳裂纹对结构的安全性有很大威胁。

焊接结构在交应变应力或应变作用下，也会由于裂纹引发疲劳破坏。疲劳破坏一般从应力集中处开始，而焊接结构的疲劳破坏又往往从接头处产生。

1.3焊接接头的脆性断裂

1.焊接结构脆断的基本现象和特点

1）多数脆断是在环境温度或介质温度降低时发生，故称为低温脆断

2）脆断的名义应力较低，通常低于材料的屈服点，往往还低于设计应力。故又称为低应力脆性破坏。

3）破坏总是从焊接缺陷处或几何形状突变、应力或应力集中处开始。