焊接结构脆性断裂的预防措施

焊接结构脆性断裂的预防措施

摘要：自从焊接结构得到广泛应用以来，许多国家都发生过一些焊接结构的脆性断裂事故，由于脆断事故具有突然发生不易预防的特点，其后果十分严重，甚至是灾难性的，随着国防工业、石化工业、机械工业、交通运输业的发展，焊接结构在我国已经得到广泛应用，也曾发生过脆断事故。因此如何预防焊接结构的脆断事故，成为有关行业的重大研究课题。

关键词：脆性断裂；预防措施；合理设计

焊接过程中，由于多种原因，往往会在焊接接头区域产生各种焊接缺陷。了解焊接缺陷产生的原因，及时采取相应的预防措施，避免缺陷的产生或将缺陷控制在可以接受的最低限度，从而提高焊接接头的质量。若断裂前发生了较明显的塑性变形，这样的断裂称为韧性断裂。若断裂前未发生较明显的塑性变形，这样的断裂称为脆性断裂。二者断裂机理不同，机理是截面应力重分布。脆性断裂时截面应力几乎没有重分布，整个截面突然因为某点应力达到材料极限强度而宣告破坏。韧性断裂时截面应力存在重分布，某点先达到极限强度，但是截面未破坏，而是开始应力重分布，随后其它位置点也达到极限强度，使截面应力图形呈饱满的塑性发展，产生韧性破坏。本文重点对焊接结构脆性断裂的特征、原因和预防措施展开论述。

1.焊接结构脆性断裂特征

脆断时承受的工作应力较低，通常不超过材料的屈服强度，甚至不超过常规的许用应力，所以又称为低应力脆断脆性断裂总是以零件内部存在的宏观裂纹（如肉眼可见的0.1mm～1mm）作为源开始的。这种宏观裂纹可以是在生产工艺过程中产生，还可能是由于疲劳或应力腐蚀而产生。中低强度钢在10℃～15℃以下发生的由韧性状态转变为脆性状态（韧-脆转变）。

1.1脆性断口的宏观特征。在断裂前没有可以观察到的塑性变形，断口一般与正应力垂直，断口表面平齐，断口边缘没有剪切“唇口”（或很小）。

1.2脆性断裂的微观特征脆性断裂的微观判据是解理花样和沿晶断口形态。因原子间结合键的破坏而造成的穿晶断裂，开裂速度快，一般钢中的解理速度大约是1030m/s，在低温和三向应力状态时更快；沿着特定的结晶面（称为解理面）发生，这些结晶面一般是属于低指数的。在不同高度的平行解理面之间产生解理台阶。

2.焊接结构产生脆断的原因

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。

2.1存在裂纹、未焊透、未熔合、咬边等缺陷

断裂总是从缺陷处开始，裂纹缺陷最为危险，而焊接是产生裂纹的主要原因，目前的焊接技术只能对裂纹进行控制而不能彻底避免。

2.2存在很大的残余应力和应力集中程度

不良的制造装配工艺和不正确的设计是产生残余应力及应力集中的主要原因，必须高度重视。

2.3材料的韧性不足

随着低合金高强钢的发展，强度值不断上升，而塑性和韧性有所下降，是造成低应力脆性破坏的主要原因。

3.焊接结构脆性断裂的预防措施

3.1合理设计焊接结构

（1）尽量减少焊接结构和接头部位的应力集中

（2）不同厚度构件的对接尽量采用圆滑过渡。

（3）减少和避免焊缝的裂纹、咬边、未焊透、焊缝外表成型不良等缺陷。

（4）尽量避免焊缝的密集，两条焊缝距离应不低于最短距离限度。

3.2尽量减少结构的刚性

在满足结构的使用条件下，尽量减少结构刚性，从而降低应力集中和附加应力的影响。

3.3不能忽视次要焊缝的设计

因为脆性断裂具有扩展性，不受力焊缝和附件的设计，和重要焊缝同等重要。

3.4尽量减少焊接残余应力

在制定焊接工艺规程时，应考虑如何减少焊接残余应力值，以避免其不利影响。

3.5不应采用大厚度的截面

由于焊接可以连接很厚的截面，有的焊接结构会选用比铆接结构厚得多的截面，这样就会提高钢材脆性转变温度，降低断裂韧度，反而更易引起脆断。

3.6选用材料要合理

（1）在结构工作条件下，焊缝、热影响区、熔合线的最脆部位要有足够抗裂性能，母材应具有一定止裂性能。

（2）不宜采用比实际需要强度更高的材料，特别不应该单纯追求强度指标，而忽视其他性能。

4.结束语

脆断一般都在应力不高于结构的设计许用应力和没有显著的塑性变形的情况下发生，并瞬时扩展到结构整体，具有突然破坏性质，不易事先发现和预防，往往造成人员伤亡和巨额财产损失，因此，为保障各种焊接结构的生产安全和使用安全，需要结合各行业实际状况，进一步提高和完善预防水平。

参考文献：

[1]泰山出版社《金属焊接作业安全与技术》

[2]郝继升.焊接工艺中焊接缺陷对结构强度的影响[J].黑龙江科技信息，2008年30期.