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分析焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的基本理論

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1、脆性斷裂的主要特征

宏觀：斷裂前無明顯塑性變形，沒有任何先兆，突然性強(qiáng)。

斷裂時所承受載荷不大，遠(yuǎn)低于設(shè)計時的許用應(yīng)力，是典型的低應(yīng)力破壞形式。

2、影響金屬脆性斷裂的因素

1）應(yīng)力狀態(tài)的影響；

2）溫度的影響

3）；加載速度的影響；

4）材料狀態(tài)的影響。

3、焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生脆性斷裂的原因

1）焊接結(jié)構(gòu)本身：剛性大，整體性強(qiáng)，構(gòu)件間很難發(fā)生相對位移，焊接應(yīng)力很難消除，且對應(yīng)力集中特別敏感。止裂能力差，裂紋容易在構(gòu)件之間擴(kuò)展，繼而擴(kuò)展到整體。

2）焊接熱循環(huán)：熱影響區(qū)組織脆化，韌性下降。

改變材料脆性轉(zhuǎn)變溫度。對某些高強(qiáng)鋼，板厚為30 mm，線輸入達(dá)50000J/cm時，可使脆性轉(zhuǎn)變點(diǎn)升高50~100℃

3）焊接殘余應(yīng)力：脆性材料降低材料實際承載能力。

產(chǎn)生應(yīng)力集中，使微裂紋擴(kuò)展成脆性斷裂源。

4）備料及成形加工

5）焊接缺陷：裂紋、未焊透等面缺陷可能直接成為斷裂源。

氣孔、夾渣等三維缺陷會降低結(jié)構(gòu)的實際強(qiáng)度，并可能誘發(fā)微裂紋，如擴(kuò)展到表面，就可能成為斷裂源。

4、防止焊接結(jié)構(gòu)脆性斷裂的措施

1）正確選用材料；

2）采用合理的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計；

3）不可采用過厚截面；

4）了解焊接結(jié)構(gòu)的工作條件

5、脆性斷裂的特征

無明顯塑性變形的低應(yīng)力破壞，突然性強(qiáng)。

產(chǎn)生脆斷的原因：

1）使用溫度低于脆性轉(zhuǎn)變溫度使塑性材料變脆；

2）焊接熱循環(huán)容易使熱影響區(qū)組織粗大，塑性下降;

3）焊接殘余應(yīng)力使焊接接頭強(qiáng)度下降并且接頭處易產(chǎn)生應(yīng)力集中；

4）焊接缺陷使結(jié)構(gòu)的實際承載面積減小，并可能引起微裂紋；

5）備料及成形加工時容易引入缺陷和降低材料塑性；

6）焊接結(jié)構(gòu)剛度大，焊接應(yīng)力難消除，裂紋在構(gòu)件之間擴(kuò)展容易。

生產(chǎn)和設(shè)計中防止脆斷的措施：了解使用條件；合理設(shè)計結(jié)構(gòu)；降低應(yīng)力集中；盡量減少缺陷。

6、焊接結(jié)構(gòu)的疲勞破壞

動荷載的概念：所謂靜荷載是指由零緩慢地增加到某一定值后保持不變或變動很小的荷載。構(gòu)件受靜荷載作用時，體內(nèi)各點(diǎn)沒有加速度，或加速度很小可忽略不計，此時構(gòu)件處于靜止或勻速直線運(yùn)動的平衡狀態(tài)。

在靜荷載作用下，構(gòu)件中產(chǎn)生的應(yīng)力稱為靜應(yīng)力。相反，若構(gòu)件在荷載作用下，體內(nèi)各點(diǎn)有明顯的加速度，或者荷載隨時間有顯著的變化，這類荷載稱為動荷載。

交變應(yīng)力工程中的某些構(gòu)件工作時，其力往往隨時間作周期性變化，這種應(yīng)力稱為交變應(yīng)力。

7、疲勞破壞的特點(diǎn)

1）交變應(yīng)力下材料發(fā)生破壞時的**大應(yīng)力，一般低于靜荷載作用的強(qiáng)度**限，有時甚至低于屈服**限（低應(yīng)力破壞）。

2）無論是脆性材料還是塑性材料，在交變應(yīng)力作用下，均表現(xiàn)為脆性斷裂，沒有明顯的塑性變形。

3）材料發(fā)生破壞時，交變應(yīng)力的循環(huán)次數(shù)與應(yīng)力的大小有關(guān)，應(yīng)力越大，循環(huán)次數(shù)越少。

4）斷裂面上有裂紋的起源點(diǎn)和兩個明顯不同的區(qū)域，即光滑區(qū)域和粗糙區(qū)域。

8、疲勞破壞的過程

構(gòu)件的疲勞破壞，實質(zhì)上是裂紋的產(chǎn)生、擴(kuò)展和**后斷裂的全過程。

三個階段組成：1.在應(yīng)力集中處產(chǎn)生初始疲勞裂紋；2.裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展；3.結(jié)構(gòu)斷裂。

疲勞破壞是積累損傷的結(jié)果。缺陷→微觀裂紋→宏觀裂紋。

9、影響焊接接頭疲勞強(qiáng)度的因素

1）應(yīng)力集中的影響：對接焊縫由于形狀變化不大，因此，它的應(yīng)力集中比其它形式的接頭要??； T形(十字)接頭的疲勞強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對接接頭。在搭接接頭中，由于其應(yīng)力集中很嚴(yán)重，其疲勞強(qiáng)度也是很低的。

2）殘余應(yīng)力的影響：殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的影響，取決于殘余應(yīng)力的分布狀態(tài)。在工作應(yīng)力較高的區(qū)域，如應(yīng)力集中處，受彎曲構(gòu)件的外緣，殘余應(yīng)力是拉伸的，則它降低疲勞強(qiáng)度；反之，若該處存在壓縮殘余應(yīng)力，則提高疲勞強(qiáng)度。另外殘余應(yīng)力對疲勞強(qiáng)度的影響，還與應(yīng)力集中程度、應(yīng)力循環(huán)特征以及循環(huán)次數(shù)等因素有關(guān)，特別是應(yīng)力集中系數(shù)越高，殘余應(yīng)力影響越顯著。

3）缺陷的影響：焊接缺陷對疲勞強(qiáng)度的影響大小與缺陷的種類、尺寸、方向和位置有關(guān)。片狀缺陷(如裂紋、未熔合、未焊透)比帶圓角的缺陷(如氣孔)影響大；表面缺陷比內(nèi)部影響大；位于應(yīng)力集中區(qū)的缺陷比在均勻應(yīng)力場中的同樣缺陷影響大；與作用力方向垂直的片狀缺陷的影響比其它方向的大；位于殘余拉應(yīng)力場內(nèi)的缺陷比在殘余壓應(yīng)力區(qū)的影響大。值得說明的是，同樣尺寸的缺陷對不同材料焊接結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度的影響也不相同。

10、提高焊接接頭疲勞強(qiáng)度的措施

1）降低應(yīng)力集中

2）調(diào)整殘余應(yīng)力場：①?整體處理，整體處理包括整體退火或超載預(yù)拉伸法。②?局部處理。采用局部加熱或擠壓可以調(diào)節(jié)焊接殘余應(yīng)力場，在應(yīng)力集中處產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力；

3）改善材料的力學(xué)性能：表面強(qiáng)化處理，擠壓捶擊焊縫表面和過渡區(qū)，表面噴丸處理等；

4）特殊保護(hù)措施：如油漆或鍍鋅等。