浅析焊接结构的失效分析

浅析焊接结构失效分析

摘要：焊接结构的失效除了与焊接工艺有关外，还与选材和设计有重要关系。通过失效分析发现和认识在选材、设计和施工等方面的问题，减少因脆断、疲劳、应力腐蚀、磨损等失效造成的损失。提高焊接结构产品质量是促进焊接技术发展和质量控制的重要环节。

关键词：焊接结构；失效分析程序；失效分析内容

焊接是通过加热、加压，或两者并用，用或者不用填充材料，使焊接达到结合的一种加工工艺．焊接不仅可以用于金属材料．而且可以实现某些非金属材料的永久性连接，如玻璃焊接、陶瓷焊接、塑料焊接等．随着科学技术不断进步，焊接技术作为20世纪初科学技术，在近几十年来得到了迅速发展和传播。在工业生产中多用于金属材料的连接而焊接结构失效问题也随之摆在人们面前，引起人们的广泛关注。

焊接结构的失效一是凭经验和力学性能实验不合格而报废的焊件；二是工作中发现焊缝不能继续执行其设计功能和性能的焊件。焊接结构的失效可能由断裂、磨损、腐蚀或变形引起。研究焊接失效并加以分析，目的在于找出失效的原因，制定预防此类失效发生的方案。

1失效分析程序

失效分析的第一步工作是搜集和编制有关失效焊件及其制备工作的尽可能完整的历史资料，尽可能地获得历史资料对成功做出失效的正确结论起很大的作用。搜集资料的顺序没有固定的规律可循，重要的一点是在当事人对事件的记忆犹新的时候，尽可能迅速地得到有关失效情况的所有口头报告和相关物证。

I．1调查研究

确定失效是在何时何地怎样发生的，包括所有有关操作者，了解焊接结构失效后是如何处理的，是否受到保护，断口是否做过处理，失效是否涉及到高温加热而导致焊缝和基体金属显微组织的变化。残骸碎片的相对位置，部件的畸变和损伤情况，绘制草图或拍照。了解工作历史，即负载、环境气氛的性质和工作时间的长短，是否遇到过事故，是否出现过其他类似的失效。搜集失效部件的背景资料，取得焊接接头的设计图纸及工作应力计算和工作寿命估计的资料。弄清规定的和实际采用的基体金属及焊条金属，如果可能的话，还要取得基体金属的实际化学成分、热处理方法和机械性能以及焊条金属的实际化学成分。弄清规定的和实际采用的表面清理方法和过程，取得规定的和实际应用的焊接工艺的细节，了解是否进行过焊后热处理。了解焊件经过何种加工和进行过何种实验，了解焊件的存放时间及存放条件；焊件是在什么时向进行装配的是装配的快慢速度。要求拿检验方法和检验报告的副本。发生失效后，尽早开始失效分析工作尤为重要。调查研究阶段要尽量从现场、设计、施工和记录中掌握失效事故的材料。

1．2分析失效模式

分析失效模式阶段主要是对失效焊件利用必要的化学仪器进行拍摄、测试和观察，已确定失效模式。失效模式是导致焊件失效的物理和化学变化过程。在这一过程中，焊件的局部或整体的尺寸、形状、状态和性能发生了变化。由此导致整个焊件的失效。焊件失效是内在和外柱因素共同作用的结果。内在因素是指焊件的施工和服役条件，如应力、环境和服役时间等。环境因素足指温度和介质两大岗素，时间不是独立的诱发肉素。没有力和环境因素的存在，时间就失去了意义。但与其他因素结合，时间往往又是重要因素。时间因素总是分别归并在前两个诱发因素之中。根据观察结果，结合有关断裂力学、材料金相和断口学、焊接冶金和工艺等知识，综合确定失效的模式，失效的模式的分析是失效分析各环节的核心。

1．3提出失效原因和对策

根据失效模式，分析失效的原因，针对发生失效的原因，提出相应的预防和改进措施.总之，进行焊件的失效分析时必须从设计、材料、工艺、使用等协商进行。大量的事实表明，设计是主导；材料是基础，工艺是保证，使用是监护。这几个环节中，任何一个或几个环节的疏忽或不慎，都会造成焊接结构的失效。

2 失效分析的内容

尽可能的收集与破坏事故有关的资料包括焊件的设计图、相关标准；焊件的制造、检验、运输、安装的记录资料；焊件服役的有关资料，掌握焊件的实际运行情况和实际使用时间。

许多事故现场过一段时间就要清理，因此要实现对现场进行详细的记录或拍照，以备研究之用。从事故现场尽可能多的收集结构断裂残骸。对断裂残骸进行初步分析，并从中取出分析样品。首先进行初步检验是包括记录焊件上的特征(如污物、腐蚀产物等)、尺寸、位置，并画出草图或照相记录；用肉眼或放大镜初步检验失效焊件的变形程度、断口形貌和裂纹扩展方向等。根据初步分析结果。选出分析样品，所选的样品应包括一次失效和一次开裂源。根据裂纹走向特点确定裂纹源；根据变形程度确定裂纹源；根据腐蚀程度确定裂纹源；从焊件的最薄弱处找裂纹源。其次进行无损检测主要用于测定焊件表面缺陷和内部缺陷，测定构建的应力应变。通过检测焊接缺陷的尺寸和分布，确定缺陷在失效中的作用。断口分析是查明断裂根源、断裂途径和断裂类型的有效手段，是断裂失效分析的重点。断口分析确定的断裂源和途径成为金相分析和工况分析的重点。金相分析主要包括：材料的成分、性能、组织、结构及缺陷等。特别是关键部位的材质，进行化学分析证明材料是否符合规定。对腐蚀断裂，则需对腐蚀物、氧化物、沉淀物以及介质进行分析。化学分析包括常规的、局部的、表面的和微区的化学分析。金相分析在失效分析中十分重要。有些构件的失效仅通过金相分析就可能确定失效原因，如材质问题引起的失效。工况条件分析目的是寻我失效的外因。包括对工作温度化学介质环境、化学介质浓度、焊件承载等进行分析以及对焊件进行应力分析、断裂力学分析、温度和化学介质影响的分析等，这对于判断失效模式具有重要意义。

最后进行模拟试验突显构件的破坏过程，以验证已做的初步判断和分析结果是否正确。通常可对其中一个或两个重要参数进行模拟。例如，可以模拟温度、介质浓度、加载方式等。根据分析所有物证、对调研、实验、模拟的结果进行综合分析。确定断裂原因；针对断裂原因；提出可行的防治措施。最后写出失效分析的书面报告以及防止失效的建议。

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