应力、变形及裂纹讲解
产生焊接裂纹焊接应力和变形的原因
产生焊接裂纹焊接应力和变形的原因产生焊接裂纹的原因主要是焊接应力和变形。
在焊接过程中，由于热量的作用和材料的收缩，会产生应力和变形。
这些应力和变形如果超过了材料的承载能力，就会导致焊接裂纹的产生。
焊接应力是指在焊接过程中，由于热量的输入和材料的收缩，使得焊接接头产生的内部应力。
这些应力会导致接头周围的材料受到拉伸或压缩，当拉伸或压缩的应力超过材料的强度限制时，就会产生裂纹。
焊接应力的大小取决于焊接过程中的热量输入、材料的热膨胀系数、焊接接头的形状和尺寸等因素。
焊接变形是指在焊接过程中，由于热量的输入和材料的收缩，使得焊接接头产生的形状和尺寸的变化。
焊接变形通常包括收缩变形和热变形两种形式。
收缩变形是指焊接接头在冷却过程中由于材料的收缩而发生的变形，主要表现为接头的收缩和变形。
热变形是指焊接接头在焊接过程中由于热量的输入而发生的变形，主要表现为接头的膨胀和变形。
焊接变形会导致接头的形状和尺寸与设计要求不符，从而影响接头的性能和使用寿命。
焊接裂纹的产生与焊接应力和变形密切相关。
当焊接应力和变形超过材料的承载能力时，就会导致焊接接头产生裂纹。
焊接裂纹的形成通常有以下几个原因：1. 焊接过程中的热应力：焊接过程中，由于热量的输入和材料的收缩，会产生热应力。
热应力会使接头周围的材料受到拉伸或压缩，当拉伸或压缩的应力超过材料的强度限制时，就会产生裂纹。
2. 焊接材料的选择不当：焊接材料的选择不当也是导致焊接裂纹的一个重要原因。
如果选择的焊接材料与基材的热膨胀系数差异较大，就会在焊接过程中产生较大的应力和变形，从而导致裂纹的产生。
3. 焊接接头的设计不合理：焊接接头的设计不合理也会导致焊接裂纹的产生。
如果接头的形状和尺寸设计不当，就会在焊接过程中产生较大的应力和变形，从而导致裂纹的产生。
因此，在设计接头时应考虑到焊接应力和变形的影响，合理选择接头的形状和尺寸。
为了减少焊接裂纹的产生，可以采取以下措施：1. 控制焊接参数：合理控制焊接参数，如焊接电流、焊接速度、预热温度等，可以减少焊接过程中的热应力和变形，从而降低焊接裂纹的产生风险。
第4章 焊 接 焊接是通过加热或加压和加热,使分... - ...
9-2 选择题
1．熔化焊过程中必须采取保护措施。如果保护不好，空气侵入到液态金 属中，就会带来许多不利影响。例如，氧会使焊缝金属（ ）、（ ） 且产生（ ）；氮会使焊缝金属（ ），产生（ ）；而氢会引起焊缝 金属产生（ ）和（ ）。 A．气孔；B．冷裂纹；C．热裂纹；D．强度下降；E．塑性和韧性下降。 1．焊接时往往都要对被焊工件进行加热。熔化焊加热的目的是（ 压力焊加热的目的是（ ）；钎焊加热的目的是（ ）； ）。
6.0 2.3~3.6 27.0 25.0
§1-4 焊接应力、变形及裂纹
• 一、焊接应力
对工件进行不均匀的局部的加热是产生焊接应力和变形的根本原因。 焊接应力的结论：焊缝及附近区域产生拉应力，而两边区域产生压应力。
• 二、焊接变形及防止
• 1、焊接变形的基本形式
1、收缩变形， 2、角变形， 3、弯曲变形， 4、扭曲变形， 5、波浪变形
§2-3 气体保护焊
• 二、二氧化碳气体保护焊
• • • • CO2气体保护焊的特点 1、合金元素烧损， 2、焊接低碳钢和低合金钢等， 3、焊接低碳钢时常采用 H08MnSiA焊丝 • 4、焊接低合金钢时常采用 H08Mn2SiA焊丝。 • 5、焊接成本低，约是手工电弧 焊和埋弧自动焊成本的40％左右。
§1-3 焊接接头的金属组织及性能
• 二、焊接热影响区
焊缝附近金属因焊接热作用 而使组织和性能发生变化的 区域称为焊接热影响区。 • 随着距离金属熔池的远近不 同，所受的热作用和升高的 温度不同。因此，焊缝附近 区域的金属相当于受到了不 同规范的热处理，使组织和 性能发生了变化。现以低碳 钢为例说明热影响区的组织 和性能的变化。
第一章 金属熔焊工艺基础
• §1-1 焊接电弧
焊接应力与变形
七、控制焊接变形的措施
1.设计措施 （1）选用合理的焊缝尺寸 焊缝尺寸增加焊接变形也随之加大。但过小的 焊缝尺寸，将会降低结构的承载能力，并使接头的冷却速度加快，产生一系列 的焊接缺陷，如裂纹、热影响区硬度增高等。因此在满足结构的承载能力和保 证焊接质量的前提下，根据板厚选取工艺上可能的最小焊缝尺寸。 （2）尽可能地减少焊缝的数量 适当选择板的厚度，可减少肋板的数量， 从而可以减少焊缝和焊后变形校正量。对自重要求不严格的结构，这样做即使 重量稍大，仍是比较经济的。 对于薄板结构，则可以用压型结构来代替肋板结构，以减少焊缝数量，防 止焊接变形。 （3）合理安排焊缝位置 焊缝对称于构件截面的中心轴，或使焊缝接近中 心轴，可减少弯曲变形；焊缝不要密集，尽可能避免交叉焊缝。如焊接钢制压 力容器组装时，相邻筒节的纵焊缝距离或封头焊缝的端点与相邻筒节纵焊缝距 离应大于三倍的壁厚，且不得小于100mm。
四、消除焊接残余应力的方法（2
（3）中间消除应力退火 对于大厚度，刚性较大的焊件，为了避免在焊接过 程中由于应力过大而产生裂纹，往往在中间加一次或多次消除应力退火热处理 。 （4）机械拉伸（加载）法 产生焊接残余应力的根本原因是，焊件在焊后产 生了压缩残余变形，因此焊后对构件进行加载拉伸，产生拉伸塑性变形，它的 方向和压缩残余变形相反，结果使压缩残余变形减小，残余应力因此也相应地 减少。 （5）低温处理法 用一定宽度的多焰焊炬在压缩残余应力区连续加热，并随 之以喷水冷却，喷水管与焊炬以同一速度运动，这样就使原压缩应力区的应力 与加热后冷却时产生的拉应力互相抵消一部分，从而产生新的应力平衡，大大 地减少了残余应力。 机械拉伸消除应力法，对一些锅炉及压力容器的受压元件及焊接容器特别有 意义，因为锅炉受压元件及容器焊后通常要进行水压试验，水压试验的压力均 大于锅炉受压元件及容器的使用压力，所以在进行水压试验的同时也对材料进 行了一次机械拉伸，从而通过水压试验，消除了部分焊接残余应力。水压试验 时，水的温度应高于材料的脆性断裂临界温度。
应力变形及裂纹PPT课件
应力、变形及裂纹
1
主要问题
内应力产生的原因 残余应力的种类及其分布 减少或消除应力的途径 变形的种类及其影响因素 减少或消除变形的方法 裂纹的种类及其形成机理
2
内应力
内应力的定义 ➢由于收缩和膨胀受到阻碍而产生的平衡于
物体内部的应力 内应力的种类 ➢热应力 ➢相变应力 ➢机械应力
15
防止或减少变形的方法
结构设计 ➢局部加厚、设置拉肋等方法
16
17
工艺方面 ➢反变形法 ➢刚性固定法 ➢预留收缩量 ➢合理的工艺 ➢校正法 ✓机械校正 ✓火焰校正 ✓综合校正
18
19
20
21
裂纹
裂纹的定义 ➢ 在应力和致脆因素的共同作用下，使材料的原子
结合遭到破坏，在形成新界面时产生的缝隙。 裂纹形成的条件 ➢ 材料的塑性变形能力不足以承受ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ时应力所产生
腐蚀裂纹 23
各种裂纹的形成机理及其特征
热裂纹 ➢在高温阶段发生的开裂现象 特征 ➢表面呈氧化色、外形曲折而不规则、沿晶
断裂特征
24
凝固裂纹的形成机理
25
26
液化裂纹
➢ 与晶界的液化现象有关，液化现象与偏析造成的 共晶反应有关。
➢ 沿晶断裂、断口中会看到局部有树枝状突起。
27
影响热裂纹的因素 ➢冶金因素 ✓化学成分 ✓凝固组织
定义 ➢完全冷却后残留在工件内的力 类型 ➢纵向残余应力 ➢横向残余应力
7
8
减少残余应力的途径
合理的结构设计 ➢铸件的壁厚差要尽量减少 ➢厚薄壁连接处要圆滑过渡 ➢厚壁部分的砂层要减薄，或放置冷铁 ➢合理设置浇冒口
9
选择合理的工艺及采取必要的措施 ➢ 选择弹性模量和收缩系数小的铸型材料 ➢ 提高铸型的预热温度 ➢ 采用较细的面砂和涂料 ➢ 控制铸型和型芯的紧实度、加木屑、焦炭 ➢ 控制铸件在型内的冷却时间
3.3.2 铸件的变形、裂纹
铸件的变形、裂纹副教授：陈云铸件的变形、裂纹变形裂纹残余热应力的存在，使铸件处在一种非稳定状态，将自发地通过铸件的变形来缓解其应力，以回到稳定的平衡状态。
当铸造内应力超过金属的强度极限时，铸件便产生裂纹(热裂纹与冷裂纹）。
一、铸件的变形具有残余应力的铸件是不稳定的，它将自发地通过变形来减缓其内应力，以便趋于稳定状态。
只有原来受拉伸部分产生压缩变形、受压缩部分产生拉伸变形，才能使残余内应力减小或消除。
厚部、心部受拉应力，出现内凹变形；薄部、表面受压应力，出现外凸变形车床床身的导轨部分厚，侧壁部分薄，铸造后导轨产生拉应力，侧壁产生压应力，往往发生导轨面下凹变形。
将一刚生产出来的圆柱体铸件，作如下加工：1、将铸件外表面车掉一层；2、将铸件心部钻一通孔；3、将铸件侧面切去一部分；问：在这三种情况下铸件会发生什么变化？防止变形的方法与防止铸造应力的方法基本相同。
此外，工艺上还可采取某些措施，如反变形法；对某些重要的易变形铸件，可采取提早落砂，落砂后立即将铸件放入炉内焖火的办法消除机械应力。
二、铸件的裂纹当铸造应力超过金属的强度极限时，铸件便产生裂纹，裂纹是严重的铸造缺陷，必须设法防止。
按裂纹形成的温度范围可分为热裂纹和冷裂纹两种。
1、热裂纹热裂纹是在凝固末期高温下形成的裂纹。
其形状特征是缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色。
铝合金6061圆铸锭 100X热裂纹在金相分析上的形状表现为锯齿状裂开，裂纹弯曲、分叉或呈网状、圆弧状，断口位置处裂纹凹凸不平。
热裂纹一般分布在应力集中部位(尖角或断面突变处)或热节处。
防止热裂纹的方法：使铸件结构合理，减小浇、冒口对铸件收缩的机械阻碍，内浇口设置应符合同时凝固原则。
此外减少合金中有害杂质硫、磷含量，可提高合金高温强度，特别是硫增加合金的热脆性，使热裂倾向大大提高。
2、冷裂纹冷裂纹是铸件处于弹性状态即在较低温下形成的裂纹。
其形状特征是裂纹细小、连续直线状，有时缝内呈轻微氧化色。
第四节_焊接应力及变形介绍
返回
返回2-2a
返回图2-2b
返回 图2-3
焊接残余变形及预防、矫正措施
一、焊接残余变形的分类
焊接残余变形是焊接后残存于结构中的变形。大致可分下列七类： （一）纵向收缩变形：构件焊后在焊缝方向发生收缩如图2—20中的ΔL。 （二）横向收缩变形：构件焊后在垂直焊缝方向发生收缩，如图2—20中的
ΔB。
(四)减应力法（在结构适当部位加热使之伸长） 加热区的伸长带动焊接部位，使它产生一个与焊缝收缩方 向相反的变形。在冷却时，加热区的收缩和焊缝的收缩方 向相同，使焊缝能自由地收缩，从而降低内应力。其过程 见图2—133。利用这个原理可以焊接一些刚性比较大的焊 缝，获得降低内应力的效果。 例如图2-134a所示的大皮带轮或齿轮的某一轮幅需要焊缝， 为了减少内应力，则在需焊缝的轮幅两侧轮缘上进行加热， 使轮幅向外产生变形。 图2-134b，焊缝在轮缘上，则应在焊经两侧的轮幅上进行 加热，使轮缘焊缝产生反变形，然后进行焊接，都可取得 良好的降低焊接应力的效果。
二、变形：自由变形、外观变形和内部变形
物体在某些外界条件(如应力、温度等)的影响下，形状和尺寸可 能发生变化，这种变化都有一定的规律性。 （一）自由变形：当某一金属物体的温度有了改变，或发生了相变， 它的尺寸和形状就要发生变化，如果这种变化没有受到外界的任 何阻碍而自由地进行，这种变形称之为自由变形。 以图2—2中的一种金属杆件为例：T0---T1，L0---L1 （二）外观变形和内部变形 1、外观变形：当金属物体在温度变化过程中受到阻碍，使它不 能完全自由地变形，只能够部分地表现出来(见图2—2b)，我 们 把能够表现出来的这部分变形，称之为外观变形 2、内部变形：未表现出来的那部分变形，我们称之为内部变形。 (压缩变形) 返回
第二章铸造成形讲解
•薄壁处受压力，厚壁处受拉力
•变形
防止变形的措施
• 设计铸件时尽可能壁厚均匀，形状对称。 • 采取同时凝固。 • 设计“反变形”量。
•时效处理：有内应力的铸件在加工前置于 露天半年以上，或550~650ºC去应力退火。
3、铸件的裂纹与防止
• 热裂 热裂是铸件在高温下产生的裂纹。 其形状特征是：裂纹短，缝隙宽，形状 曲折，缝内呈氧化色。
• 2、铸造合金的收缩 • 3、缩孔与缩松
铸件的凝固方式之一
• 逐层凝固
– 纯金属和共晶 成份的合金， 结晶温度是一 固定值。凝固 过程由表面向 中心逐步进行
温度
固 表层
液 中心
铸件的凝固方式之二
• 糊状凝固
– 结晶温度范围 很宽的合金， 从铸件的表面 至心部都是固 液两相混存。
铸件的凝固方式之三
铸造 碳钢 0.35 1610
白口 铸铁 3.00 1400
灰口 铸铁 3.50 1400
液态 收缩 1.6
2.4
3.5
凝固 固态 总收缩 收缩 收缩 （%）
3
7.8 12.46
12~ 4.2 5.4~6.3
12.9 6.9~ 0.1 3.3~4.2 7.8
铸件中的缩孔与缩松
• 缩孔和缩松的形成 液态合金在冷凝过 程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减 的容积的得不到补足，则在铸件最后凝 固的部位形成一些孔洞
1、合金的流动性 2、浇注条件 3、铸型填充能力
充型能力不强，则易产生浇不足（short run） 、 冷隔（short run）…等。
合金的充型能力之一
合金的流动性
• 合金的流动性是指熔融合金的流动能力。– 流动性好，充型能力强，便于浇出轮廓清 晰、薄而复杂的铸件。
焊接应力与变形产生的原因及对策
焊接应力与变形产生的原因及对策
焊接过程中，由于焊接热量的作用，会引起材料的膨胀和收缩，从而产生应力和变形。
这些应力和变形会影响焊接件的尺寸精度、强度和耐久性，甚至导致焊接件出现裂纹和变形失效。
造成焊接应力和变形的原因主要有以下几个方面：
1. 热应力：焊接过程中，由于焊接热量的作用，使得焊接区域的温度急剧升高，从而引起材料的扩张和收缩。
这种温度差异会产生热应力，导致焊接件发生变形和应力。
2. 冷却应力：焊接完成后，焊接件会迅速冷却，冷却速度过快会导致焊接件表面和内部温度梯度过大，产生冷却应力，进而引起应力和变形。
3. 材料不匹配：焊接材料的热膨胀系数、熔点、硬度等物理性质不同，容易导致焊接区域产生应力和变形。
4. 焊接结构设计不合理：焊接结构设计不合理，如焊接位置不当、焊接接头不够强壮等，容易导致应力集中和变形。
针对焊接应力和变形的问题，可以采取以下对策：
1. 控制焊接热量：采用合适的焊接参数，控制焊接热源的大小和位置，以减少焊接区域的温度梯度，从而降低应力和变形。
2. 加强冷却措施：在焊接完成后，采取适当的冷却措施，如缓慢冷却、局部加热等，以减少焊接件的冷却速度，从而降低冷却应力。
3. 选择合适的焊接材料：选择合适的焊接材料，如选择热膨胀
系数和熔点相似的材料，可以减少焊接区域的应力和变形。
4. 优化焊接结构设计：优化焊接结构设计，加强焊接部位的加强设计，采用适当的焊接方式和焊接技术，可以减少应力集中和变形。
总之，采取合适的对策，可以有效地控制焊接应力和变形，提高焊接件的质量和性能。
热处理变形及裂纹
热处理变形与裂纹工件热处理后常产生变形和开裂，其结果不是报废，也要花大量工时进行修整。
工件变形和开裂是由于在冷、热加工中产生的应力所引起的。
当应力超过弹性极限时，工件产生变形；应力大于强度极限时，工件产生裂纹。
热处理中热应力和组织应力是怎样产生的？只有不断认识这个问题，才能采用各种工艺方法来减小和近控制这两种应力。
在加热和冷却时，由于工件热胀冷缩而产生的热应力和组织转变产生的组织应力是造成变形和开裂的主要原因，而原材料缺陷、工件结构形状等因素也促使裂纹的产生和发展。
后面主要叙述热处理操作中的变形和开裂产生原因及一般防止方法，也讨论原材料质量、结构形状等对变形和开裂的影响。
一、钢的缺陷类型1、缩孔：钢锭和铸件在最后凝固过程中，由于体积的收缩，得不到钢液填充，心部形成管状、喇叭状或分散的孔洞，称为缩孔。
缩孔将显著降低钢的机械性能。
2、气泡：钢锭在凝固过程中会析出大量的气体，有一部分残留在处于塑性状态的金属中，形成了气孔，称为气泡。
这种内壁光滑的孔洞，在轧制过程中沿轧制方向延伸，在钢材横截面的酸浸试样上则是圆形的，也叫针孔和小孔眼。
气泡将影响钢的机械性能，减小金属的截面，在热处理中有扩大纹的倾向。
3、疏松：钢锭和铸件在凝固过程中，因部分的液体最后凝固和放出气体，形成许多细小孔隙而造成钢的一种不致密现象，称为疏松。
疏松将降低钢的机械性能，影响机械加工的光洁度。
4、偏析：钢中由于某些因素的影响，而形成的化学成份不均匀现象，称为偏析。
如碳化物偏析是钢在凝固过程中，合金元素分别与碳元素结合，形成了碳化物。
碳化物（共晶碳化物）是一种非常坚硬的脆性物质，它的颗粒大小和形状不同，以网状、带状或堆集不均匀地分布于钢的基体中。
根据碳化物颗粒大小、分布情况、几何形状、数量多少将它分为八级。
一级的颗粒最小，分布最均匀且无方向性。
二级其次，八级最差。
碳化物偏析严重将显著降低钢的机械性能。
这种又常常出现于铸造状态的合金具钢和高速钢中。
铸造-应力、变形、冷裂
第二章铸件的应力前一章内容总结前一章主要讲解“铸件宏观凝固组织及控制”，通过一系列的工艺措施，可以尽可能多地得到细小的等轴晶粒组织，这样可以保证得到强度和韧性都非常良好的铸件。
得到了理想的细晶组织，是否铸件的成型就完成了？完美金相就拿这个暖气片来说，天气太冷，老板通过市场调查，让你开发暖气片，还答应你，干好了先让你用。
你高兴，美梦。
你在生产过程中，采取了各种措施，得到了一个具有理想组织的铸件，但是当你将铸件往一块装配的时候，这两个口应该对起来，但是如果铸件产生变形，一个距离长，一个距离短，两个照不起来，铸件报废。
另外一个问题，你看着铸件的外表没有什么问题，你把这个铸件装配起来，结果一通压力，漏水了。
美梦变恶梦什么原因造成的？这些都是在后面要讲的。
首先：介绍铸件中的应力2.1 概述2.1.1 金属（合金）→冷却降温→凝固（收缩膨胀）→继续降温→固态相变（体积收缩或膨胀）→体积变化→体积变化受阻→铸件内产生应力→内应力2.1.2铸造应力的分类：应力铸造应力：铸件在铸造过程中在内部所产生的应力。
临时应力：铸造过程中，产生应力的原因消除后应力消失：残余应力:：铸造过程中，产生应力的原因消除后应力依然存在，这种应力称为：（铸造）残余应力。
以上两种应力是从时间上分类的。
按应力产生的原因有以下三种：热应力、相变应力、机械阻碍应力、关于这几种应力，我们在后面将逐一给以详细的介绍。
2.1.3应力对铸件的影响低于弹性极限：铸件中产生应力，同时在应力的作用下，产生有限的变形（弹性变形）高于屈服极限：铸件产生塑性变形；高于强度极限：铸件中出现裂纹。
因此，在这一章中，将应力、变形、裂纹放在一起讲解。
在应力的作用下，铸件如何变形和出现裂纹，也将在后面相应的章节中介绍。
2.2热应力：2.2.1概念热应力：铸件冷却过程中，由于各部分冷却速度不同，收缩时间及收缩量不同，铸件由于结构所限，相互制约，不能完成各自的理论变形，结果：在铸件内所产生的应力。
1.2.3 铸造应力、变形与裂纹解析
d) 设计结构时避免应力集中；
1.2.3 铸造内应力、变形及裂纹
本节内容回顾：
重点：铸造内应力的分布、形成及预防，变形和 裂纹的预防； 难点：铸造热应力的形成及分布规律，铸件的变 形规律——需理解 ！
4）铸造内应力的预防 a）采用同时凝固的原则 同时凝固是指通过设置冷铁、 布置浇口等工艺措施，使铸件温差尽量变小，基本实现 铸件各部分在同一时间凝固，可有效降低4）铸造内应力的预防 b）提高铸型温度（对铸型进行预热） c）铸件壁厚设计均匀 d）改善铸型和型芯的退让性 e）进行去应力退火 预防热应力 预防机械应力
浇注温度 铸件结构 本节内容
铸造内应力、变形和裂纹
铸型条件
§1-2 金属液态成形的基本原理
1.2.3 铸造内应力、变形及裂纹
1、铸造内应力
铸造内应力——铸件固态收缩受到阻碍产生的内部应力。
铸件 冷却
受约束
完全冷却后 瞬时应力与 残余应力 应变 与变形
1）铸造内应力的种类
2）铸造内应力的形成原理 3）铸造内应力的预防
超过材料强度极限而引起的开裂。
冷裂常常出现在铸件形状复杂受拉
伸处，特别是应力集中部位。壁厚不均 匀、形状复杂的大型铸件容易产生冷裂 纹。
冷裂裂纹穿晶断裂，裂纹细小，外形呈 连续直线状或圆滑曲线状，裂纹缝内干 净，有时呈轻微氧化色。
铸件尖角部位的裂纹
1.2.3 铸造内应力、变形及裂纹
2）铸件裂纹的预防措施 a) 改善铸型的退让性；
§1-2 金属液态成形的基本原理
内容回顾
1）合金的流动性 2) 合金的充型能力
塑胶应力开裂裂纹特征
塑胶应力开裂裂纹特征以塑胶应力开裂裂纹特征为标题，我们来探讨一下塑胶材料在应力作用下产生裂纹的特征。
一、塑胶材料的应力开裂裂纹特征在塑胶材料中，应力的作用会导致材料发生变形，甚至产生裂纹。
塑胶材料的应力开裂裂纹特征主要表现在以下几个方面：1. 裂纹形态：塑胶材料的应力开裂裂纹通常呈现线状或分支状。
线状裂纹一般沿着材料的主应力方向延伸，而分支状裂纹则是从线状裂纹分叉出来，形成多条裂纹。
2. 裂纹密度：塑胶材料的应力开裂裂纹密度较高，裂纹之间的间距较小。
这是因为塑胶材料的分子排列较为紧密，应力作用下容易形成多个裂纹。
3. 裂纹方向：塑胶材料的应力开裂裂纹方向与应力方向有关。
通常情况下，裂纹与主应力方向呈一定的夹角，夹角的大小取决于材料的性质和应力的大小。
4. 裂纹扩展：塑胶材料的应力开裂裂纹会随着应力的增大而扩展。
裂纹扩展的速度取决于材料的韧性和应力的大小。
一般情况下，材料的韧性越高，裂纹扩展速度越慢。
二、塑胶材料应力开裂裂纹的形成机制塑胶材料的应力开裂裂纹形成是由于材料内部存在的缺陷或者应力集中导致的。
具体来说，塑胶材料应力开裂裂纹的形成机制主要有以下几种：1. 缺陷导致裂纹：塑胶材料中存在的缺陷，如气泡、颗粒、纤维等，容易成为裂纹的起始点。
当应力作用到达一定程度时，裂纹就会从缺陷处开始形成。
2. 应力集中导致裂纹：在塑胶材料中，由于形状的不均匀或者外部载荷的作用，会导致应力集中的区域产生。
这些应力集中的区域容易形成裂纹，从而导致应力开裂裂纹的形成。
3. 疲劳导致裂纹：在塑胶材料长时间的应力加载下，由于材料的疲劳强度有限，会导致裂纹的形成。
这种裂纹通常呈现为疲劳裂纹，会随着应力的加载不断扩展。
三、塑胶材料应力开裂裂纹的预防措施为了防止塑胶材料发生应力开裂裂纹，我们可以采取一些预防措施，包括：1. 选择合适的材料：在使用塑胶材料时，应根据具体的应用环境和要求选择合适的材料。
不同的材料具有不同的强度和韧性特性，选择合适的材料可以减少应力开裂裂纹的发生。
合金的凝固收缩是铸件产生应力变形和冷裂的基本原因
合金的凝固收缩是铸件产生应力变形和冷裂的基本原因
合金的凝固收缩是指在合金凝固成固态时，由于液态合金变为固态时体积减小所引起的收缩现象。
这种凝固收缩是铸件产生应力变形和冷裂的基本原因之一。
当液态合金凝固时，会发生凝固收缩，使得固态合金的体积减小。
然而，铸件在凝固过程中由于约束条件的存在无法自由收缩，会受到限制而产生内部应力。
这些内部应力会导致铸件产生塑性变形或裂缝。
具体来说，下面是几个主要的原因：
1. 温度梯度：凝固过程中，合金的外层先凝固，内层温度较高，并且包围层的凝固固体会限制内部的收缩，导致铸件表面和内部产生温度梯度。
这种温度梯度引起了热应力，可能导致铸件产生塑性变形或裂纹。
2. 延展性差异：不同金属和合金的热膨胀系数不同，凝固收缩率也不同，这会导致不同部分的收缩速率不一致。
收缩速率不一致会引起内部的应力累积，易导致铸件产生塑性变形或裂纹。
3. 固态转变引起的收缩：在铸件凝固过程中，有些合金的固态相相比液态相体积更小，因此在固态转变期间会发生额外的收缩。
这种收缩会导致铸件产生更大的应力，容易引发应力集中区域的裂纹。
为了降低凝固收缩引起的应力变形和冷裂的风险，可以通过调整合金成分、改变凝固工艺、优化铸件设计等方法来进行控制。
第五节 焊接结构中的应力与变形
第五节焊接结构中的应力与变形在焊接生产中，焊接应力与变形的产生是不可避免的。
焊接过程结束，焊件冷却后残余在焊件的内应力即焊接残余应力往往是造成裂纹的直接原因，同时也降低了结构的承载能力和使用寿命。
焊接后产生的变形即焊接残余变形造成了焊件尺寸、形状的变化，这给正常的焊接生产带来一定困难。
因此，在焊接生产中的一项重要任务就是控制焊接残余应力和焊接残余变形。
一、焊接残余应力1．焊接残余应力的产生及其对焊接结构的影响焊接时，不均匀地加热与冷却是产生焊接残余应力的主要原因。
以低碳钢（20钢）为例，在加热时，随着温度的升高，特别是在300℃以上的温度时其强度迅速降低。
当温度达到600℃左右时，屈服便接近于零（图6-5)。
焊接过程中由于加热的不均匀，在高温时，金属的屈服为零的情况下，处于自由变形状态。
当焊接热源移开后，金属恢复强度时其收缩变形受到周围金属的限制，同时组织转变过程中又发生体积的变化，从而产生了焊接残余应力。
一般来说，在焊接条件下主要存在下面几种应力。
图6-5低碳钢屈服与温度的关系---实测曲线一简化曲线(1)温度应力温度应力又称热应力，它是由于金属受热不均匀，各处变形不一致且互相约束而产生的应力。
焊接过程中温度应力是不断变化的，且峰值一般都达到屈服点，因此必然发生塑性变形。
焊接结束冷却后，也必然有残余应力保留下来。
(2)组织应力焊接过程中，金属组织进行相变时将产生体积变化，主要是由于各种组织具有不同的热物理性能（表6-5）。
当焊缝金属从高温冷却，奥氏体分解时产生的铁素体、珠光体、马氏体等都会产生体积膨胀，转变后的这些组织都具有较小的膨胀系数。
奥氏体分解产生的体积膨胀并不是在自由状态下进行的，而是受到周围金属的约束。
同时，由于焊接的不均匀加热与冷却，因此组织的转变也是不均匀的，结果产生了应力。
对于低碳钢和一些低合金高强钢焊后冷却时，奥氏体分解为珠光体和贝氏体的温度较高的低碳钢的相变点为723℃），此时金属呈好的塑性，奥氏体转变时发生的体积变化阻力很小，因此不会造成很大的应力。
应力开裂裂纹特征
应力开裂裂纹特征应力开裂是指在物体受到外部力作用下产生的裂纹。
应力开裂裂纹特征是研究材料力学性能和工程结构可靠性的重要内容之一。
本文将从裂纹的形态特征、裂纹的扩展规律以及应力开裂的影响因素三个方面进行详细介绍。
一、裂纹的形态特征裂纹的形态特征主要包括裂纹的形状、大小和分布等。
根据裂纹形状的不同，可以将裂纹分为直线裂纹、弯曲裂纹和分叉裂纹等。
直线裂纹是最常见的一种裂纹形态，其形状呈直线状，通常是由于应力集中引起的。
弯曲裂纹是指裂纹呈曲线状，通常是由于材料的塑性变形引起的。
分叉裂纹是指裂纹出现分支的情况，通常是由于应力场的不均匀引起的。
裂纹的大小是指裂纹的长度和深度。
裂纹的长度一般用裂纹长度比表示，即裂纹长度除以裂纹的深度。
裂纹的深度是指裂纹从材料表面到达的最深处的距离。
裂纹的分布是指裂纹在材料中的位置分布情况。
裂纹可以集中分布在局部区域，也可以分散分布在整个材料中。
二、裂纹的扩展规律裂纹的扩展规律是指裂纹在受力过程中的扩展方式和速度。
裂纹的扩展可以分为稳定扩展和不稳定扩展两种情况。
稳定扩展是指裂纹在受到外界应力作用下以一定速度扩展，扩展速度与应力强度有关。
不稳定扩展是指裂纹在受到外界应力作用下突然加速扩展，扩展速度很快，可能导致材料的破坏。
裂纹的扩展速度与裂纹尖端处的应力强度因子有关。
应力强度因子是描述裂纹尖端应力状态的物理量，可以用来判断裂纹的扩展方向和速度。
当应力强度因子超过一定临界值时，裂纹就会继续扩展，直到材料的破坏。
三、应力开裂的影响因素应力开裂的影响因素很多，主要包括应力水平、材料的力学性能和裂纹的形态特征等。
应力水平是指材料所受到的外界应力大小。
当应力超过材料的抗拉强度时，就容易发生应力开裂。
材料的力学性能包括弹性模量、屈服强度、断裂韧性等。
材料的力学性能越好，抵抗应力开裂的能力越强。
裂纹的形态特征对应力开裂也有很大的影响。
裂纹越长、越深，裂纹尖端的应力强度因子就越大，裂纹的扩展速度也就越快。
详解应力腐蚀
详解应力腐蚀机械设备零件在应力(拉应力)和腐蚀介质的联合作用下，将出现低于材料强度极限的脆性开裂现象，导致设备和零件失效，这种现象称为应力腐蚀开裂(简称SCC)。
根据介质的主要成分为氯化物、氢氧化物、硝酸盐及含氧水等，而分别称为氯裂(氯脆或氯化物开裂)、碱裂(碱脆)、硝裂(硝脆)及氧裂(氧脆)等。
应力腐蚀开裂与单纯由机械应力造成的开裂不同，它在极低的负荷应力下也能产生开裂；它与单纯由腐蚀引起的开裂也不同，腐蚀性极弱的介质也能引起应力腐蚀开裂。
其全面腐蚀常常很轻，而且没有变形预兆，即发生突然断裂，应力腐蚀是工业生产中危害性最大的一种恶性腐蚀类型。
由应力腐蚀而引起的裂纹是在没有任何明显宏观变形更无任何征兆的情况下发生的，所以其破坏具有突发性。
裂纹往往又深入到金属内部，一旦发生也很难修复，有时只能整台设备报废。
碳钢及低合金钢在湿度较大的硫化氢环境中易发生硫化物应力腐蚀，对石油、石化工业装备的安全运行构成很大的威胁。
对低浓度硫化氢环境，可通过净化材质、大幅度降低S、P含量，改善材料组织结构等措施，对应力腐蚀起到有效抑制作用。
一、形成应力腐蚀裂纹的基本条件如下:(1) 金属材料是合金也包括微量元素的合金，纯金属一般不发生应力腐蚀裂纹；(2) 材质与腐蚀介质的匹配并非任何金属材料与任何介质都能产生应力腐蚀裂纹，它们有一定的匹配关系；(3) 必须存在拉应力，拉应力可以是工作应力和焊接残余应力。
焊接残余应力通常在焊缝及近缝区为拉应力，有时高达材料的屈服点。
所以即使焊接结构不承受载荷，只要材质与腐蚀介质符合匹配关系也会引起应力腐蚀裂纹。
二、应力腐蚀的发生条件和特征：(1) 必须是拉应力；(2) 构成一定材料发生应力腐蚀的环境介质是特定的；(3) 应力腐蚀破裂速度远大于其他局部腐蚀速度，但比纯力学(机械)断裂速度小得多；(4) 应力腐蚀断裂，常在无明显预兆的情况下突然发生，故其危害性极大；(5) 裂纹形态有晶间型、穿晶型和混合型3种；(6) 断口形貌，宏观上属于脆性断裂，其微观上可观察到断面上仍有塑性流变痕迹。
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焊接变形的矫正（straightening）
机械矫正 火焰矫正
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3-3 裂纹
裂纹是一种可能造成制造产品或结构失效的 突发性破坏的材料缺陷，往往是一种最危险 而又常见的缺陷。
工件冷却后仍保留在工件内部的应力称为残余应力 （residual stress）。 加热冷却或受力过程中存在的应力称为瞬时应力 （instantaneous stress)。亦即动态应力。
另外，固态相变也有膨胀或收缩现象，局部的相变 因此也能造成内应力。
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第三章 应力、变形及裂纹
Stress, distortion and cracking
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MFP – Dr XIONG JG
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形成
材料成形(铸造、焊接时)的温度改变，导致“热胀 冷缩”，而且非均匀的温度变化（如局部的加热、 冷却）导致金属内部不均匀的“热胀冷缩”从而产 生应力。称为内应力（internal stress)。
机械拉伸法
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3-2.焊接变形
残余应力的存在必然导致原工件形状的 少量改变，也称为残余变形（工件冷却下 来后遗留一下来的变形）。
整体变形
局部变形
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纵向横向收缩变形
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3.3.2 焊接冷裂纹 cold cracking
材料焊接冷却到室温附近产生的一种裂纹， 它是焊接缺陷中最普遍而又极危险的一 种。
主要讨论其中主要的一种：延迟裂纹 （delayed cracking）或称之为氢致裂纹 （hydrogen-induced cracking, HIC）
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（1）冷裂纹的基本特征
1）产生冷裂纹的材料：中、高碳钢及合金钢、钛及钛合金，BCC材料有 淬硬M相变材料。
纵向残余应力分布
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板边堆焊焊接残余应力形成
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3.减少焊接残余应力的措施 工艺措施、 结构设计
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3.2残余应力的消除 热处理、机械振动法、机械加载
焊接热裂纹的形成原因：
焊接热裂纹是一种高温沿晶断裂而形成的裂纹。 焊缝凝固过程中，在枝晶间存在低熔共晶的薄层，此 时材料的塑性变形能力很低，在冷却过程中不可避免 的产生收缩应变，当收缩应变大于材料此时的塑性应 变的能力时，即产生焊接热裂纹。
焊缝在凝固过程中所出现的晶间塑性应变能力的 应变区间叫做脆性温度区，不同材料有不同的脆性温 度区，温度区越大，产生热裂纹的危险性越大。
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3-1 内应力
1、内应力的形成
（1）热应力（thermal stress） 不均匀加热冷却过程产生的应力称为热 应力。 （因材料的弹-塑性）
杆中心加热，产生内应力（瞬时应力） 当加热变形在弹性范围内，冷却后，残 余应力=0 当加热变形超过弹性范围外（塑性）， 冷却后，残余应变，残余应力
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种类：按形成机理分。主要有热、冷、再热 （reheat）、应力腐蚀（stress-corrosion） 裂纹和层状撕裂（lamellar tearing）
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3.3.1 焊接热裂纹（hot cracking）
主要指凝固裂纹(solidification cracking)
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挠 曲 变 形
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角变形
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波浪变形（失稳变形）
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影响因素及防止措施
影响因素： 材料热物理性能：膨胀系数、导热性 工艺因素：焊接热输入、焊接顺序
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(2)形成机理
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(3) 焊接热裂纹的影响因素 a.硫的偏析 b.焊缝的组织 c.焊缝冷却的速度 （层间温度、热输
入量）
d.焊缝的形状 （成形系数） e.拘束度
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加热时
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焊件内应力
在不均匀温度场的作用下，被加热到较高温度的区域的 金属受到压缩应力，当此应力达到材料在该温度下的屈服限 时，局部区域内受到压缩塑性变形，由于塑性变形不可逆， 此区域的材料在冷却之后即产生收缩，而周围未受热的金属 会限制它的收缩，于是在压缩塑性变形的区域内产生拉应力， 而周围区域产生压应力。这种内部应力在温度均匀后残存在 物体内部，固称为残余应力。
残余应力是在没有外力的条件下，平衡于内部的应力。 由焊接引起的残余应力称为焊接残余应力。
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板 中 心 堆 焊 焊 接 残 余 应 力 形 成
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铸件的内应力
冷却过程中各部分冷却速度不一致 造成的.
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相变应力（transformation stress）
固态相变金属因各区域发生相变的类 型不同、时间不同或程度不同，由于不同 相组织的比容不同而导致的内应力。
低碳钢
合金钢
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2.焊接残余应力的分布
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（1）特征
1）仅发生于WM或铸件中 2）一次结晶（原奥氏体）晶界分布的晶间裂
纹
3）断口形貌（fracture appearance） a. 高温特征：液膜（liquid film）表面，元素分析表明有S、P等富集