淺談焊接缺陷和脆性斷裂對產品的影響

王永勝

摘 要：目前，鋼結構在各個領域均有著較為廣泛的應用，但鋼結構失效的問題十分嚴重，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重的危害，對產品的影響較為嚴峻。因此，本文研究了焊接缺陷和和脆性斷裂對產品的影響，并提出了防控的建議，旨在提高鋼結構的安全性、可靠性。

關鍵詞：鋼結構；焊接缺陷和脆性斷裂；產品影響

1、焊接缺陷和脆性斷裂的概況

1.1焊接缺陷的概況

目前，鋼結構焊接缺陷與諸多因素均有著直接的關系，主要包括焊接方法、焊接位置、焊接材料、焊接結構與焊接接頭等，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構表面及其內部分布的缺陷。關于焊接縫分布的影響，它是由焊接接頭和焊接位置造成的，而鋼結構焊縫的分布及其數量直接關系著焊接構件的承受能力、使用性能及其質量，在此基礎上，各行業對鋼結構產品的適應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構的缺陷或者裂紋出存在應力集中，在工作應力的影響下，裂紋的尖端將不斷擴展，進而形成迅速的斷裂。脆性斷裂具有一系列的特征，主要體現在以下幾方面：

（1）端口表面較為平齊，其條紋呈放射狀或者人字狀，所有條紋均來自于裂紋源；

（2）脆性斷裂的工作應力相對較低，因此，它可以稱之為低應力脆性斷裂；

（3）脆性斷裂出現時，其溫度相對較低，因此，它可以稱之為低溫脆性斷裂；

（4）脆性斷裂的出現無征兆，在瞬間發生，因此，可預見性較差。

脆性斷裂受諸多因素的影響，具體內容如下：

其一，焊接結構特點。關于焊接結構，其構成主要為焊接接頭，此時的接頭不可拆卸，由于整體的焊接結構具有較大的剛性，因此附加應力較大，在此基礎上，降低了焊接結構的抗斷裂能力。如果焊接結構出現裂紋，此時的裂紋將不斷擴展，由一個構件轉向另一個構件，直至擴展到整體，從而破壞了結構的整體。

其二，焊接殘余應力。在焊接時，不斷進行著加熱與冷卻，焊接接頭承受著不同程度的殘余應力，在此應力與工作應力二者共同作用的基礎上，結構極易出現脆性斷裂。

其三，焊接工作溫度。對于塑性金屬材料而言，在溫度降低后，其韌性斷裂將轉向脆性斷裂，因此，在一定溫度的作用下，工作應力要保持彈性范圍，在此基礎上，產品的脆性破壞將得到避免。

2、焊接缺陷和脆性斷裂對產品的影響

鋼結構焊接缺陷對于產品力的分布有著直接的影響，它破壞著產品結構的脆性與非脆性。焊接缺陷會使焊接部位發生變化，在此基礎上，影響了產品力的分布。例如：球形孔洞缺陷會使焊接縫的局部應力有所減少，但在裂紋產生后，會使產品的應力集中度進一步加強；夾渣缺陷的裂紋區域會出現應力集中。在應力集中度出現變化后，產品的脆性斷裂也將有所增多，通常情況下，應力集中度與脆性斷裂二者呈正比，前者越高，后者出現的幾率越大，其中脆性斷裂出現幾率最高的位置為焊接縫。對于鋼結構焊接缺陷來說，它所引起的結構脆性斷裂需要借助溫度條件。

焊接缺陷會使產品出現非脆性破壞，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焊接縫的牢固性有一定的影響，在此基礎上，焊接結構件的承載性能將有所降低，進而造成了非脆性破壞；夾渣缺陷主要是對產品的抗拉強度有所影響，此強度對產品的使用性能、使用壽命等均有不同程度的影響。鋼結構焊接缺陷中的接縫缺陷，影響著焊接構件的應力集中及其承受能力，進而產品也將出現非脆性破壞。

3、防控焊接缺陷和脆性斷裂對產品影響的建議

3.1防控焊接缺陷對產品影響的建議

（1）咬邊

咬邊主要出現在焊縫的兩側或者一側，它具有間斷性與連續性，對其防控的措施主要是：在焊接過程中，要對焊接電流與焊接速度進行有效的、合理的選擇，借助短弧操作，對焊條角度與運條手法等要實現正確的掌握。

（2）氣孔

氣孔缺陷具有常見性，主要出現在產品焊縫的內部、根部與表面，對其防控要注重操作技能的提高，對于母材與焊絲要進行仔細的清洗，通過預熱使其中的水分得以去除，同時對焊接材料的烘干要嚴格控制。

（3）夾渣

夾渣的分布為單個顆粒狀，其分布形狀為長條狀或者線狀，對其防控措施為：檢查每層的熔渣，焊接坡口角度要有所增加，運條手法要全面地掌握，同時要選擇優質的焊條。

3.2防控脆性斷裂對產品影響的建議

焊接結構脆性斷裂的防控主要體現在兩方面，分別為裂紋起裂的控制與裂紋擴展的控制。同時，根據脆性斷裂的影響因素，對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程中，要選擇具備一定韌性的，此時，材料將擁有相應的抗開裂能力與止裂能力。在選料時，由于焊接結構的主要失效形式為脆性斷裂，因此，其依據為斷裂韌度和屈服強度二者的比值。同時，在選材時，要對相關的因素進行全面的考慮，如：造價成本、材料厚度、斷裂韌性、屈服強度與焊接性等。如果選用的材料具有較大的脆性與較高的強度，則要采取相應的措施，主要為焊接工藝預熱、后熱與熱處理的增加，此時斷裂問題將得到解決。

（2）保證結構的設計

鋼結構焊接結構設計要遵循兩個原則，分別為止裂準則與防止裂紋產生準則，在實際設計過程中，要注意的問題有以下幾項：

對于焊接結構與焊接接頭來說，要減少應力集中，構件截面的尺寸要具有合理性，在構件的相交處可以選擇圓滑過渡設計；焊接結構在達到使用要求的基礎上，要減少其剛度，此時應力集中的影響力及敏感性將有所降低，同時構件截面的厚度不能過厚，構件的剛度也要適當降低。在焊接位置設計過程中，為了提高焊接的質量，要對焊接與校驗的可達性給予考慮，并且要減少焊縫的交叉與密集。

總結：綜上所述，在社會的各個行業焊接鋼結構均有著廣泛的應用，目前，對于鋼結構產品的安全性、完整性與可靠性要求在不斷提高。隨著焊接技術的快速發展，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構產品，為了促進鋼結構產業的發展，本文提出了幾點建議，旨在提高產品的使用性能，保證社會各行業的健康、可持續發展。

參考文獻：

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