淺談焊接缺陷和脆性斷裂對(duì)產(chǎn)品的影響

王永勝

摘 要：目前，鋼結(jié)構(gòu)在各個(gè)領(lǐng)域均有著較為廣泛的應(yīng)用，但鋼結(jié)構(gòu)失效的問(wèn)題十分嚴(yán)重，斷裂破壞是較為主要的形式。焊接缺陷和和脆性斷裂有著嚴(yán)重的危害，對(duì)產(chǎn)品的影響較為嚴(yán)峻。因此，本文研究了焊接缺陷和和脆性斷裂對(duì)產(chǎn)品的影響，并提出了防控的建議，旨在提高鋼結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；焊接缺陷和脆性斷裂；產(chǎn)品影響

1、焊接缺陷和脆性斷裂的概況

1.1焊接缺陷的概況

目前，鋼結(jié)構(gòu)焊接缺陷與諸多因素均有著直接的關(guān)系，主要包括焊接方法、焊接位置、焊接材料、焊接結(jié)構(gòu)與焊接接頭等，其中影響最為顯著的為焊接接頭與焊接位置。焊接技藝缺陷較多，其中較為普遍的便是焊縫缺陷，它是指焊接金屬與鋼結(jié)構(gòu)表面及其內(nèi)部分布的缺陷。關(guān)于焊接縫分布的影響，它是由焊接接頭和焊接位置造成的，而鋼結(jié)構(gòu)焊縫的分布及其數(shù)量直接關(guān)系著焊接構(gòu)件的承受能力、使用性能及其質(zhì)量，在此基礎(chǔ)上，各行業(yè)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的適應(yīng)也受到了不同程度的影響。

1.2脆性斷裂的概況

脆性斷裂主要是指鋼結(jié)構(gòu)的缺陷或者裂紋出存在應(yīng)力集中，在工作應(yīng)力的影響下，裂紋的尖端將不斷擴(kuò)展，進(jìn)而形成迅速的斷裂。脆性斷裂具有一系列的特征，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）端口表面較為平齊，其條紋呈放射狀或者人字狀，所有條紋均來(lái)自于裂紋源；

（2）脆性斷裂的工作應(yīng)力相對(duì)較低，因此，它可以稱之為低應(yīng)力脆性斷裂；

（3）脆性斷裂出現(xiàn)時(shí)，其溫度相對(duì)較低，因此，它可以稱之為低溫脆性斷裂；

（4）脆性斷裂的出現(xiàn)無(wú)征兆，在瞬間發(fā)生，因此，可預(yù)見性較差。

脆性斷裂受諸多因素的影響，具體內(nèi)容如下：

其一，焊接結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。關(guān)于焊接結(jié)構(gòu)，其構(gòu)成主要為焊接接頭，此時(shí)的接頭不可拆卸，由于整體的焊接結(jié)構(gòu)具有較大的剛性，因此附加應(yīng)力較大，在此基礎(chǔ)上，降低了焊接結(jié)構(gòu)的抗斷裂能力。如果焊接結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂紋，此時(shí)的裂紋將不斷擴(kuò)展，由一個(gè)構(gòu)件轉(zhuǎn)向另一個(gè)構(gòu)件，直至擴(kuò)展到整體，從而破壞了結(jié)構(gòu)的整體。

其二，焊接殘余應(yīng)力。在焊接時(shí)，不斷進(jìn)行著加熱與冷卻，焊接接頭承受著不同程度的殘余應(yīng)力，在此應(yīng)力與工作應(yīng)力二者共同作用的基礎(chǔ)上，結(jié)構(gòu)極易出現(xiàn)脆性斷裂。

其三，焊接工作溫度。對(duì)于塑性金屬材料而言，在溫度降低后，其韌性斷裂將轉(zhuǎn)向脆性斷裂，因此，在一定溫度的作用下，工作應(yīng)力要保持彈性范圍，在此基礎(chǔ)上，產(chǎn)品的脆性破壞將得到避免。

2、焊接缺陷和脆性斷裂對(duì)產(chǎn)品的影響

鋼結(jié)構(gòu)焊接缺陷對(duì)于產(chǎn)品力的分布有著直接的影響，它破壞著產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的脆性與非脆性。焊接缺陷會(huì)使焊接部位發(fā)生變化，在此基礎(chǔ)上，影響了產(chǎn)品力的分布。例如：球形孔洞缺陷會(huì)使焊接縫的局部應(yīng)力有所減少，但在裂紋產(chǎn)生后，會(huì)使產(chǎn)品的應(yīng)力集中度進(jìn)一步加強(qiáng)；夾渣缺陷的裂紋區(qū)域會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中。在應(yīng)力集中度出現(xiàn)變化后，產(chǎn)品的脆性斷裂也將有所增多，通常情況下，應(yīng)力集中度與脆性斷裂二者呈正比，前者越高，后者出現(xiàn)的幾率越大，其中脆性斷裂出現(xiàn)幾率最高的位置為焊接縫。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)焊接缺陷來(lái)說(shuō)，它所引起的結(jié)構(gòu)脆性斷裂需要借助溫度條件。

焊接缺陷會(huì)使產(chǎn)品出現(xiàn)非脆性破壞，它主要是由焊接氣孔與夾渣等缺陷造成的，其中焊接氣孔主要是對(duì)焊接縫的牢固性有一定的影響，在此基礎(chǔ)上，焊接結(jié)構(gòu)件的承載性能將有所降低，進(jìn)而造成了非脆性破壞；夾渣缺陷主要是對(duì)產(chǎn)品的抗拉強(qiáng)度有所影響，此強(qiáng)度對(duì)產(chǎn)品的使用性能、使用壽命等均有不同程度的影響。鋼結(jié)構(gòu)焊接缺陷中的接縫缺陷，影響著焊接構(gòu)件的應(yīng)力集中及其承受能力，進(jìn)而產(chǎn)品也將出現(xiàn)非脆性破壞。

3、防控焊接缺陷和脆性斷裂對(duì)產(chǎn)品影響的建議

3.1防控焊接缺陷對(duì)產(chǎn)品影響的建議

（1）咬邊

咬邊主要出現(xiàn)在焊縫的兩側(cè)或者一側(cè)，它具有間斷性與連續(xù)性，對(duì)其防控的措施主要是：在焊接過(guò)程中，要對(duì)焊接電流與焊接速度進(jìn)行有效的、合理的選擇，借助短弧操作，對(duì)焊條角度與運(yùn)條手法等要實(shí)現(xiàn)正確的掌握。

（2）氣孔

氣孔缺陷具有常見性，主要出現(xiàn)在產(chǎn)品焊縫的內(nèi)部、根部與表面，對(duì)其防控要注重操作技能的提高，對(duì)于母材與焊絲要進(jìn)行仔細(xì)的清洗，通過(guò)預(yù)熱使其中的水分得以去除，同時(shí)對(duì)焊接材料的烘干要嚴(yán)格控制。

（3）夾渣

夾渣的分布為單個(gè)顆粒狀，其分布形狀為長(zhǎng)條狀或者線狀，對(duì)其防控措施為：檢查每層的熔渣，焊接坡口角度要有所增加，運(yùn)條手法要全面地掌握，同時(shí)要選擇優(yōu)質(zhì)的焊條。

3.2防控脆性斷裂對(duì)產(chǎn)品影響的建議

焊接結(jié)構(gòu)脆性斷裂的防控主要體現(xiàn)在兩方面，分別為裂紋起裂的控制與裂紋擴(kuò)展的控制。同時(shí)，根據(jù)脆性斷裂的影響因素，對(duì)其防控的具體措施如下：

（1）注重材料的選擇

在母材金屬與焊縫金屬選擇過(guò)程中，要選擇具備一定韌性的，此時(shí)，材料將擁有相應(yīng)的抗開裂能力與止裂能力。在選料時(shí)，由于焊接結(jié)構(gòu)的主要失效形式為脆性斷裂，因此，其依據(jù)為斷裂韌度和屈服強(qiáng)度二者的比值。同時(shí)，在選材時(shí)，要對(duì)相關(guān)的因素進(jìn)行全面的考慮，如：造價(jià)成本、材料厚度、斷裂韌性、屈服強(qiáng)度與焊接性等。如果選用的材料具有較大的脆性與較高的強(qiáng)度，則要采取相應(yīng)的措施，主要為焊接工藝預(yù)熱、后熱與熱處理的增加，此時(shí)斷裂問(wèn)題將得到解決。

（2）保證結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要遵循兩個(gè)原則，分別為止裂準(zhǔn)則與防止裂紋產(chǎn)生準(zhǔn)則，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，要注意的問(wèn)題有以下幾項(xiàng)：

對(duì)于焊接結(jié)構(gòu)與焊接接頭來(lái)說(shuō)，要減少應(yīng)力集中，構(gòu)件截面的尺寸要具有合理性，在構(gòu)件的相交處可以選擇圓滑過(guò)渡設(shè)計(jì)；焊接結(jié)構(gòu)在達(dá)到使用要求的基礎(chǔ)上，要減少其剛度，此時(shí)應(yīng)力集中的影響力及敏感性將有所降低，同時(shí)構(gòu)件截面的厚度不能過(guò)厚，構(gòu)件的剛度也要適當(dāng)降低。在焊接位置設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了提高焊接的質(zhì)量，要對(duì)焊接與校驗(yàn)的可達(dá)性給予考慮，并且要減少焊縫的交叉與密集。

總結(jié)：綜上所述，在社會(huì)的各個(gè)行業(yè)焊接鋼結(jié)構(gòu)均有著廣泛的應(yīng)用，目前，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的安全性、完整性與可靠性要求在不斷提高。隨著焊接技術(shù)的快速發(fā)展，焊接缺陷與脆性斷裂的事故逐漸減少，但二者仍影響著鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，為了促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，本文提出了幾點(diǎn)建議，旨在提高產(chǎn)品的使用性能，保證社會(huì)各行業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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