综述焊接接头断裂形式及断口特征
综述焊接接头断裂形式及
断口特征
姓名： XXXXXXXXX
学号： 03080222
系别：数控与材料工程系
专业：焊接技术及自动化
学制：三年制
指导教师： XXXXXXXXXXXX
综述焊接接头断裂形式及断口特征
摘要
焊接接头由焊缝、熔合区和热影响区三部分组成。熔池金属在经历一系列化学冶金反应后，随着热源远离温度迅速下降，凝固后成为牢固的焊缝，并在继续冷却中发生固态相变熔合区和热影响区在焊接热源的作用下，也将发生不同的组织变化。很多焊接缺陷如气孔、夹杂裂纹等都是在上述过程中产生，因此了解接头组织与性能变化的规律，对于控制焊接质量、防止焊接缺陷有重要的意义。
焊接结构在较低的温度下工作可能导致焊接结构的低温脆断。焊接接头中又不可避免的存在应力集中和残余应力，在反复的交变应力作用下会发生疲劳断裂。本文通过对焊接接头的分析分别从宏观和微观的角度阐述了焊接接头的断裂形式和断口特征。
关键词
残余应力、应力集中、断口特征、疲劳断裂、脆性断裂
目录
引言 (4)
第一章焊接接头的基本理论 (5)
第一节焊接接头的基础知识 (5)
1.1焊接接头的组成 (5)
1.2焊接接头的基本形式 (5)
第二节电弧焊接头的工作应力 (6)
2.1应力集中的概念 (6)
2.2产生应力集中的原因 (6)
第二章焊接结构的断裂控制与失效分析 (7)
第一节焊接接头的断裂形式 (7)
1.1断裂形式的分类 (7)
1.2焊接接头的疲劳断裂 (7)
1.3焊接接头的脆性断裂 (7)
第二节焊接结构断裂控制与失效分析 (8)
2.1焊接结构的完整性与不完整性 (8)
2.2焊接结构断裂的控制 (8)
2.3焊接结构断裂控制设计 (9)
2.4焊接结构断裂失效分析 (9)
第三章焊接接头的组织与性能 (14)
第一节焊接熔合区的特征 (14)
1.1熔合区形成的原因 (14)
第二节焊接热影响区 (14)
2.1焊接热影响区热循环的特点 (14)
2.2焊接热影响区的组织分布特征及性能 (15)
第四章焊接接头断口特征 (16)
第一节焊接接头疲劳断裂的断口分析 (16)
1.1疲劳断口的宏现形状特征 (16)
1.2疲劳断口的微观形状特征 (17)
第二节焊接接头脆性断裂的断口分析 (19)
2.1沿晶脆性断裂 (19)
2.2解理断裂 (19)
2.3准解理断裂 (20)
参考文献 (21)
引言
焊接技术是一门重要的金属加工技术，尽管焊接技术发展很快，自动化程度也越来越高，但在焊接结构中任然存在着一些缺陷，这些缺陷将导致焊接结构的断裂，影响焊接结构的使用，降低了焊接结构的安全性，通过焊接接头断口特征的分析可以判断出断裂的过程和原因，从而找出解决方法，提高焊接结构的安全性。
实验一脆性断裂和韧性断裂断口失效分析
实验一脆性断裂和韧性断裂断口失效分析 一、实验目的 了解模具脆性断裂和韧性断裂断口失效分析步骤以及模具脆性断裂和韧性断裂断口的宏观和微观特征。 二、实验内容及步骤 1、模具脆性断裂和韧性断裂宏观断口的观察 （1）操作前的准备工作 a.选定失效模具的待分析部位； b.选定并切割试样、清洗并擦拭干净。 （2）操作步骤 a.用放大镜或低倍显微镜观察脆性断裂和韧性断裂断口； b.记录上述所观察到的脆性断裂和韧性断裂宏观断口形貌。 2、模具脆性断裂和韧性断裂微观断口的观察 （1）操作前的准备工作 a.选定失效模具的待分析部位； b.选定并切割试样、将试样严格清洗干净； （2）操作步骤 a.将试样放入扫描电子显微镜工作室并将扫描电子显微镜调整到 工作状态； b.用扫描电子显微镜观察脆性断裂和韧性断裂断口 c.记录上述所观察到的脆性断裂和韧性断裂微观断口形貌。 三、实验设备器材 1、放大镜、低倍显微镜、扫描电子显微镜、试样切割机、无水酒精、丙酮 2、脆断失效模具和韧性断裂失效模具各一副。 四、实验注意事项 1、实验前，试样表面要严格请洗； 2、使用显微镜时要细心操作，以免损坏机件。 3、遇故障及时报告指导教师。
实验二模具表面磨损失效分析 一、实验目的 了解模具磨损失效分析步骤以及模具磨损表面的宏观和微观特征。 二、实验内容及步骤 1、模具磨损表面宏观形貌的观察 i.操作前的准备工作 1.选定失效模具的待分析部位； 2.清洗并擦拭干净。 ii.操作步骤 1.用放大镜或低倍显微镜观察模具磨损表面形貌； 2.记录上述所观察到的磨损表面形貌。 2、模具磨损表面微观形貌的观察 i.操作前的准备工作 1.选定失效模具的待分析部位； 2.将试样严格清洗干净； ii.操作步骤 1.将试样放入扫描电子显微镜工作室并将扫描电子显微镜调整到 工作状态； 2.用扫描电子显微镜观察模具（或40Cr）磨损表面微观形貌; 3.记录上述所观察到的模具（或40Cr）磨损表面微观形貌。 3、磨损失效机理分析 ⅰ根据模具表面磨损失效的宏观断口分析结果，初步判定模具磨损失效的类型和失效机理。 ⅱ根据模具表面磨损失效的微观断口分析结果，准确判定模具磨损失效的类型和失效机理。 三、实验设备器材 1、放大镜、低倍显微镜、扫描电子显微镜、高纯氩气、无水酒精、丙酮 2、磨损失效模具一副或40Cr经表面强化试样。 四、实验注意事项 1、实验前，试样表面要严格请洗； 2、使用显微镜时要细心操作，以免损坏机件。 3、遇故障及时报告指导教师。
(完整word版)疲劳断裂总结
第三部分疲劳断裂 疲劳断裂是金属结构失效的一种主要型式，典型焊接结构疲劳破坏事例表明疲劳断裂几率高，具有广泛研究意义。疲劳破坏发生在承受交变或波动应变的构件中，一般说来，其最大应力低于材料抗拉强度，甚至低于材料的屈服点，因此断裂往往是无明显塑性变形的低应力断裂。 疲劳断裂过程的研究表明，疲劳寿命不是决定于裂纹产生，而是决定于裂纹增大和扩展。因此，本章将在介绍疲劳断裂的基本特征和基本概念基础上，利用断裂力学原理着重分析疲劳裂纹的扩展机理、规律、影响因素及疲劳寿命估算。 §3-1疲劳的基本概念 在交变载荷作用下，金属结构产生的破坏现象称为疲劳破坏。为防止结构在工作时发生疲劳破坏传统疲劳设计采用σ―N曲线法确定疲劳强度。 一、应力疲劳和应变疲劳 1、应力疲劳 在低应力、高循环、低扩展速率的疲劳称为应力疲劳，也叫弹性疲劳。七特点是在应力循环条件下，裂纹在弹性区内扩展，且裂纹扩展速率低。 2、应变疲劳 在高应力、低循环、高扩展速率下的疲劳称为应变疲劳，也叫塑性疲劳。其特点是应变幅值很高，最大应变接近屈服应变，故疲劳裂纹扩展速率高（达每次循环10-2mm），寿命短（小于104周）。 二、疲劳强度和疲劳极限 1、乌勒（W?hler）疲劳曲线 （1）结构在多次循环载荷作用下，在工作应力σ（σmax）小于强度极限σb 时即破坏，在不同载荷下使结构破坏所需的加载次数N也不同，表达结构破坏载荷σ和所需加载次数N之间的关系（σ―N）即为乌勒（W?hler）疲劳曲线。 （2）疲劳曲线在加载次数N很大时趋于水平，若以σ―lgN表示则为两段直线关系 （3）图示（略） 2、疲劳强度（条件疲劳极限） （1）疲劳曲线上对应于某一循环次数N的强度极限σ即为该循环下的疲劳 强度（σ r ） （2）σ r =f（N）σ r 对应σmax，一般N<107 3、疲劳极限 （1）结构对应于无限次应力循环而不破坏的强度极限即疲劳极限（2）为σ―lgN疲劳图中的水平渐近线
焊接接头与坡口形式
焊接接头和坡口形式 焊接接头形式可分为：对接接头、T形接头、角接接头和搭接接头。 一、对接接头 将两块钢板对在一起焊接，称为对接；一块钢板卷成圆筒后对在一起焊接，也属对接。对接接头容易焊透，受力情况好，应力分布均匀，联接强度高，因而焊接接头质量容易保证。 为了保证焊接质量，必须在焊接接头处开适当的坡口。坡口的主要作用是保证焊透，此外，坡口的存在还可形成足够容积的金属液熔池，以便焊渣浮起，不致造成夹渣。坡口的几何尺寸必须设计好，以便减少金属填充量、减少焊接工作量和减少变形。 对接接头形式如图2-14所示。对于钢板厚度在6 mm以下的双面焊，因其手工焊的熔深可达4 mm，故可以不开坡口，如图2-14（a）所示。 对于厚度在6－40 mm 的钢板，可采用如图2-14（b）所示的V 形坡口，进行双面焊。在无法进行双面焊时，也可采用带垫板（厚度≥3mm）的单面焊。由于垫板的存在，不易被烧穿。
当板厚为12－60mm时，可采用如图2-14（c）示的X形坡口。在板厚相同的情况下，采用X形坡口可减少焊条金属量二分之一左右，而且焊件的变形及所产生的内应力相应小些，因此它多用于厚度较大并变形要求较小的工件。X形坡口有对称的；还有不对称的，即一侧深另一侧浅。较浅的一侧焊接工作量小些 图2-14（d）（e）分别为单U形坡口及双U形坡口，这类坡口的填敷金属量均较V形坡口少些，焊件变形也较小，但其坡口加工较困难，故一般只在较重要的焊接结构时采用。 当对接的两块钢板厚度不相等时，为了防止焊接时薄的一边金属过热，而厚的一边金属难于熔化的现象，避免焊不透或烧穿；为了减少由于接头处厚度不等、刚度不一而产生焊接变形与裂纹的可能性，应采用如图2-15所示的厚度过渡开坡口的形式。
金属疲劳断口的宏现形状特征
收藏【技术类】 金属疲劳断口的宏现形状特征 (2011-1-21 13:38:36) 疲劳断口保留了整个断裂过程的所有痕迹，记录了很多断裂信息。具有明显区别于其他任何性质断裂的断口形貌特征，而这些特征又受材料性质、应力状态、应力大小及环境因素的影响，因此对疲劳断口分析是研究疲劳过程、分析疲劳失效原因的重要方法。 一个典型的疲劳断口往往由疲劳裂纹源区、疲劳裂纹扩展区和瞬时断裂区三个部分组成，具有典型的“贝壳”状或“海滩”状条纹的特征，这种特征给疲劳失效的鉴别工作带来了极大的帮助。 1、疲劳裂纹源区 疲劳裂纹源区是疲劳裂纹萌生的策源地，是疲劳破坏的起点，多处于机件的表面，源区的断口形貌多数情况下比较平坦、光亮，且呈半圆形或半椭圆形。因为裂纹在源区内的扩展速率缓慢，裂纹表面受反复挤压、摩擦次数多，所以其断口较其他两个区更为平坦，比较光亮。在整个断口上与其他两个区相比，疲劳裂纹源区所占的面积最小。 当表面承受足够高的残余压应力或材料内部存在严重的冶金缺陷时，裂纹源则向次表面或机件内部移动。有时在疲劳断口上也会出现多个裂纹源，每个源区所占面积往往比单个源区小，源区断口特征不一定都具有像单个源区那样典型的形貌。裂纹源的数目取决于材料的性质、机件的应力状态以及交变载荷状况等。通常，应力集中系数越大，名义应力越高，出现疲劳源的数目就越多，如低周疲劳断口上常有几个位于不同位置的疲劳裂纹源区。 当零件表面存在某类裂纹时，则零件无疲劳裂纹萌生期，疲劳裂纹在交变载荷作用下直接由该类裂纹根部向纵深扩展，这时断口上不再出现疲劳源区，只有裂纹扩展区和瞬时断裂区。 2、疲劳裂纹扩展区 疲劳裂纹扩展区是疲劳裂纹形成后裂纹慢速扩展形成的区域，该区是判断疲劳断裂的最重要特征区域，其基本特征是呈现贝壳花样或海滩花样，它是以疲劳源区为中心，与裂纹扩展方向相垂直的呈半圆形或扇形的弧形线，又称疲劳弧线。疲劳弧线是裂纹扩展过程中，其顶端的应力大小或状态发生变化时，在断裂面上留下的塑性变形的痕迹。 贝纹花样是由载荷变动引起的，因为机器运转时不可避免地常有启动、停歇、偶然过载等，均可留下塑性变形的痕迹一贝纹线（疲劳弧线）。贝纹线的清晰度不仅与材料的性质有关，而且与介质情况、温度条件等有关，材料的塑性好、温度高、有腐蚀介质存在时，则弧线清晰。所以，这种弧线特征总是出现在实际机件的疲劳断口中，而在实验室的试件疲劳断口中很难看到明显的贝纹线，此时疲劳断口表面由于多次反复压缩而摩擦，使该区变得光滑，呈细晶状，有时甚至光洁得像瓷质状结构。一般贝纹线常见于低应力高周疲劳断口中，而低周疲劳以及许多高强度钢、灰铸铁中观察不到此种贝纹状的推进线。 贝纹线与裂纹扩展方向垂直，它可以是绕着裂纹源向外凸起的弧线，表示裂纹沿表面扩展较慢，即材料对缺口不敏感，例如低碳钢；相反，若围绕裂纹
第二章 材料的脆性断裂与强度
第二章材料的脆性断裂与强度 §2．1 脆性断裂现象 一、弹、粘、塑性形变 在第一章中已阐述的一些基本概念。 1．弹性形变 正应力作用下产生弹性形变，剪彩应力作用下产生弹性畸变。随着外力的移去，这两种形变都会完全恢复。 2．塑性形变 是由于晶粒内部的位错滑移产生。晶体部分将选择最易滑移的系统(当然，对陶瓷材料来说，这些系统为数不多)，出现晶粒内部的位错滑移，宏观上表现为材料的塑性形变。3．粘性形变 无机材料中的晶界非晶相，以及玻璃、有机高分子材料则会产生另一种变形，称为粘性流动。 塑性形变和粘性形变是不可恢复的永久形变。 4．蠕变： 当材料长期受载，尤其在高温环境中受载，塑性形变及粘性形变将随时间而具有不同的速率，这就是材料的蠕变。蠕变的后当剪应力降低(或温度降低)时，此塑性形变及粘性流动减缓甚至终止。 蠕变的最终结果：①蠕变终止；②蠕变断裂。 二．脆性断裂行为 断裂是材料的主要破坏形式。韧性是材料抵抗断裂的能力。材料的断裂可以根据其断裂前与断裂过程中材料的宏观塑性变形的程度，把断裂分为脆性断裂与韧性断裂。 1．脆性断裂 脆性断裂是材料断裂前基本上不产生明显的宏观塑性变形，没有明显预兆，往往表现为突然发生的快速断裂过程，因而具有很大的危险性。因此，防止脆断一直是人们研究的重点。2．韧性断裂 韧性断裂是材料断裂前及断裂过程中产生明显宏观塑性变形的断裂过程。韧性断裂时一般裂纹扩展过程较慢，而且要消耗大量塑性变形能。 一些塑性较好的金属材料及高分子材料在室温下的静拉伸断裂具有典型的韧性断裂特征。 3．脆性断裂的原因 在外力作用下，任意一个结构单元上主应力面的拉应力足够大时，尤其在那些高度应力集中的特征点(例如内部和表面的缺陷和裂纹)附近的单元上，所受到的局部拉应力为平均应力的数倍时，此过分集中的拉应力如果超过材料的临界拉应力值时，将会产生裂纹或缺陷的扩展，导致脆性断裂。虽然与此同时，由于外力引起的平均剪应力尚小于临界值，不足以产生明显的塑性变形或粘性流动。因此，断裂源往往出现在材料中应力集中度很高的地方，并选择这种地方的某一个缺陷(或裂纹、伤痕)而开裂。 各种材料的断裂都是其内部裂纹扩展的结果。因而，每种材料抵抗裂纹扩展能力的高低，表示了它们韧性的好坏。韧性好的材料，裂纹扩展困难，不易断裂。脆性材料中裂纹扩展所需能量很小，容易断裂；韧性又分断裂韧性和冲击韧性两大类。断裂韧性是表征材料抵抗其内部裂纹扩展能力的性能指标；冲击韧性则是对材料在高速冲击负荷下韧性的度量。二者间存在着某种内在联系。 三．突发性断裂与裂纹的缓慢生长 裂纹的存在及其扩展行为，决定了材料抵抗断裂的能力。 1．突发性断裂 断裂时，材料的实际平均应力尚低于材料的结合强度(或称理论结合强度)。在临界状态下，断裂源处的裂纹尖端所受的横向拉应力正好等于结合强度时，裂纹产生突发性扩展。一旦扩展，引起周围应力的再分配，导致裂纹的加速扩展，出现突发性断裂，这种断裂往往并无先兆。 2．裂纹的生长
焊接接头种类及坡口形式
焊接接头种类及坡口形式 2课时。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。重点：认识接头形式，种类，坡口形式 难点：接头的应用，坡口的作用，相应的尺寸 一．焊接接头的种类 用焊接方法联接的接头叫做焊接接头 焊接接头包括：焊缝、熔合区和热影响区 焊接接头包括：对接接头，T形接头，十字接头，搭接接头，角接接头，端接接头，套管接头，斜对接接头，卷边接头，和锁底对接接头，常用的几种接头有： 1.对接接头： 两焊件相对平行的接头。它是焊接结 构中应用最多的一种接头形式， 最常用的一种接头形式，这种接头 受力状况好，应力集中程度低，是比 较理想的接头形式。 2.T形接头： 一焊件之端与另一焊件表面构成直角 或近似直角的接头， 能承受各种方向 力和力炬。是综
合性最好的接头。 仅次于对接接头 的焊接接头 3.角接接头 两焊件端面构成在于30度小于135度夹角的接头。这种接头受力状况不好，多用于箱形构件，根据焊件厚度不同常用于不重要的结构中。 4.搭接接头 两焊件部分重叠构成接头，其应力分布不均匀。疲劳强度较低，不是理想的接头形式，适用于被焊结构狭窄及密闭的时接结构。
二．坡口形式及坡口尺寸 坡口形式共有三种：基本型、组合型、特殊型 1．坡口的作用 开坡口的目的就是保证电弧能深入根部，使根部焊透以便清除熔渣，获得较好的焊缝成型。而且坡口能起到调节基本金属与填充金属的比例作用。（手弧时熔深一般2—4MM）2．坡口形式（基本型） 1）工形坡口 不开坡口，两焊件之间留有一定的间隙，一般在5——6MM 的焊件，保证焊透 2）V形坡口 是最常用的坡口形式，便于加工焊接为单面焊，焊后易产生角变形。V形坡口加工容易，但焊后易产生角度变形。 3）X形坡口 采用此坡口后，在厚度相等的情况下，能减少焊缝金属量1/2，并且对称焊接，焊后焊接形较小。缺点是焊接时需要翻转焊件，X形坡口即能减少填充金属又能减少焊缝变形的坡口。
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不同板厚焊接坡口形式的研究
精心整理 导师带徒论文 题目：不同板厚焊接坡口形式的研究 姓名：田飞 单位：五分公司 2008一、二、三、四、五、六、七、 1.2.焊接技术的发展历史 焊接技术是随着金属的应用而出现的，古代的焊接方法主要是铸焊、钎 焊和锻焊。中国商朝制造的铁刃铜钺，就是铁与铜的铸焊件，其表面铜 与铁的熔合线婉蜒曲折，接合良好。春秋战国时期曾侯乙墓中的建鼓铜 座上有许多盘龙，是分段钎焊连接而成的。经分析，所用的与现代软钎 料成分相近。 战国时期制造的刀剑，刀刃为钢，刀背为熟铁，一般是经过加热锻焊而 成的。据明朝宋应星所着《天工开物》一书记载：中国古代将铜和铁一 起入炉加热，经锻打制造刀、斧；用黄泥或筛细的陈久壁土撒在接口上， 分段煅焊大型船锚。中世纪，在叙利亚大马士革也曾用锻焊制造兵器。
古代焊接技术长期停留在铸焊、锻焊和钎焊的水平上，使用的热源都是 炉火，温度低、能量不集中，无法用于大截面、长焊缝工件的焊接，只 能用以制作装饰品、简单的工具和武器。 19世纪初，英国的戴维斯发现电弧和氧乙炔焰两种能局部熔化金属的高 温热源；1885～1887年,俄国的别纳尔多斯发明碳极电弧焊钳；1900年 又出现了铝热焊。 20世纪初，碳极电弧焊和气焊得到应用，同时还出现了薄药皮焊条电弧 焊，电弧比较稳定，焊接熔池受到熔渣保护，焊接质量得到提高，使手 工电弧焊进入实用阶段，电弧焊从20年代起成为一种重要的焊接方法。 在此期间，美国的诺布尔利用电弧电压控制焊条送给速度，制成自 动电弧焊机，从而成为焊接机械化、自动化的开端。1930年美国的罗宾 二、 1 对（1）I （2）V （3）X （4）U 2 接。 3 （1 3 4～5 6～12 >12 焊条直径(mm)2 3.2 3.2～4 4～5 5-6 （2）焊接电流的确定：根据焊条直径选择焊接电流。焊接低碳钢时，按下面经验公式选择焊接电流：I=(30～50)d。应当指出，上式只提供一个大概的焊接电流范围，实际生产中，还要根据焊件
焊接形式
焊接形式 一、焊接接头形式 焊接接头形式：对接接头、角接接头及T字形接头、搭接接头。 （a）对接接头；（b）角接接头；（c）搭接接头 图4-44 焊接接头的三种形式 1．对接接头 结构：两个相互连接零件在接头处的中面处于同一平面或同一弧面内进行焊接的接头。 特点：受热均匀，受力对称，便于无损检测，焊接质量容易得到保证。 应用：最常用的焊接结构形式。 2．角接接头和T型接头 结构：两个相互连接零件在接头处的中面相互垂直或相交成某一角度进行焊接的接头。两构件成T字形焊接在一起的接头，叫T型接头。角接接头和T字接头都形成角焊缝。 特点：结构不连续，承载后受力状态不如对接接头，应力集中比较严重，且焊接质量也不易得到保证。 应用：某些特殊部位：接管、法兰、夹套、管板和凸缘的焊接等。 3．搭接接头 结构：两个相互连接零件在接头处有部分重合在一起，中面相互平行，进行焊接的接头。 特点：属于角焊缝，与角接接头一样，在接头处结构明显不连续，承载后接头部位受力情况较差。应用：主要用于加强圈与壳体、支座垫板与器壁以及凸缘与容器的焊接。 二、坡口形式 焊接坡口——为保证全熔透和焊接质量，减少焊接变形，施焊前，一般将焊件连接处预先加工成各种形状。不同的焊接坡口，适用于不同的焊接方法和焊件厚度。 坡口形状 基本坡口形状：Ⅰ形、V形、单边V形、 U形、J形。 组合形状 特例：一般接头应开设坡口，而搭接接头无需开坡口即可焊接。双V形坡口由两个V形坡口和一个I形坡口组合而成 图4-45 坡口的基本形式
图4-46 双V形坡口 三、压力容器焊接接头分类 目的：为对口错边量、热处理、无损检测、焊缝尺寸等方面有针对性地提出不同的要求，GB150根据位置，根据该接头所连接两元件的结构类型以及应力水平，把接头分成A、B、C、D四类，如图4-47。 图4-47 压力容器焊接接头分类 A类：圆筒部分的纵向接头（多层包扎容器层板层纵向接头除外）、球形封头与圆筒连接的环向接头、各类凸形封头中的所有拼焊接头以及嵌入式接管与壳体对接连接的接头。 B类：壳体部分的环向接头、锥形封头小端与接管连接的接头、长颈法兰与接管连接的接头。但已规定为A、C、D类的焊接接头除外。 C类：平盖、管板与圆筒非对接连接的接头，法兰与壳体、接管连接的接头，内封头与圆筒的搭接接头以及多层包扎容器层板层纵向接头。 D类：接管、人孔、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头。但已规定为A、B类的焊接接头除外。 注意：焊接接头分类的原则仅根据焊接接头在容器所处的位置而不是按焊接接头的结构形式分类，所以，在设计焊接接头形式时，应由容器的重要性、设计条件以及施焊条件等确定焊接结构。这样，同一类别的焊接接头在不同的容器条件下，就可能有不同的焊接接头形式。 四、压力容器焊接结构设计的基本原则 1．尽量采用对接接头，易于保证焊接质量，所有的纵向及环向焊接接头、凸形封头上的拼接焊接接头，必须采用对接接头外，其它位置的焊接结构也应尽量采用对接接头。 举例：角焊缝，改用对接焊缝［图48（a）改为8（b）和（c）]。减小了应力集中，方便了无损检测，有利于保证接头的内部质量。
浅论金属材料疲劳断裂的原因及危害
青岛黄海学院机电工程学院2013—2014学年第二学期期中考试 科目：工程材料及机械制造基础 姓名：杜希元 学号： 1101111084 班级： 2011级本科三班 专业：机械制造及其自动化
浅论金属材料发生疲劳断裂的原因及危害 摘要：从人类开始制造结构以来，断裂就是社会面对的一个问题。早在100多年以前，人们就发现了金属疲劳给各个方面带来的损害。但由于技术的落后，还不能查明疲劳破坏的原因，直到显微镜和电子显微镜等高科技器具的相继出现之后，使人类在揭开金属疲劳秘密的道路上不断取得新的成果。本文浅论金属材料发生疲劳断裂的原因及危害，使人们初步了解金属疲劳断裂的相关知识。 关键词：疲劳断裂原因危害 一、金属材料的疲劳现象 工程中有许多金属零件，如齿轮、弹簧、滚动轴承、叶片、发动机曲轴等都是在变动载荷下工作的。根据变动载荷的作用方式不同，金属零件承受的应力可分为交变应力和循环应力。在交变应力下，虽然零件所承受的应力低于材料的抗拉强度甚至低于材料的屈服强度，但经过较长时间的工作后产生裂纹或突然发生完全断裂的现象称为金属的疲劳。 人的疲劳感觉来自于长期的劳累或一次过重的负荷，金属材料也是一样。金属的机械性能会随着时间而慢慢变弱，这就是金属的疲劳。在正常使用机械时，重复的推、拉、扭或其他的外力情况都会造成机械部件中金属的疲劳。这是因为机械受压时，金属中原子的排列会大大改变，从而使金属原子间的化学键断裂，导致金属裂开。 二、金属材料疲劳的种类 金属材料的疲劳现象，按条件不同可分为下列几种： （1）高周疲劳：指在低应力（工作应力低于材料的屈服极限，甚至低于弹性极限）条件下，应力循环周数在100000以上的疲劳。它是最常见的一种疲劳破坏。高周疲劳一般简称为疲劳。 （2）低周疲劳：指在高应力（工作应力接近材料的屈服极限）或高应变条件下，应力循环周数在10000～100000以下的疲劳。由于交变的塑性应变在这种疲劳破坏中起主要作用，因而，也称为塑性疲劳或应变疲劳。
(完整word版)焊接接头的种类及接头型式
焊接接头的种类及接头型式 焊接中，由于焊件的厚度、结构及使用条件的不同，其接头型式及坡口形式也不同。焊接接头型式有：对接接头、T形接头、角接接头及搭接接头等。 (一)对接接头 两件表面构成大于或等于135°，小于或等于18 焊接中，由于焊件的厚度、结构及使用条件的不同，其接头型式及坡口形式也不同。焊接接头型式有：对接接头、T形接头、角接接头及搭接接头等。 (一)对接接头 两件表面构成大于或等于135°，小于或等于180°夹角的接头，叫做对接接头。在各种焊接结构中它是采用最多的一种接头型式。 钢板厚度在6mm以下，除重要结构外，一般不开坡口。 厚度不同的钢板对接的两板厚度差(δ—δ1)不超过表1—2规定时，则焊缝坡口的基本形式与尺寸按较厚板的尺寸数据来选取；否则，应在厚板上作出如图1—8所示的单面或双面削薄；其削薄长度L≥3(δ—δ1)。 图1—8 不同厚度板材的对接 (a)单面削薄，(b)双面削薄
表1-2 (二)角接接头 两焊件端面间构成大于30°、小于135°夹角的接头，叫做角接接头，见图1—9。这种接头受力状况不太好，常用于不重要的结构中。 图1—9 角接接头 (a)I形坡口；(b)带钝边单边V形坡口 (三)T形接头
一件之端面与另一件表面构成直角或近似直角的接头，叫做T形接头，见图1—1 0。 图1—10 T形接头 (四)搭接接头 两件部分重叠构成的接头叫搭接接头，见图1—11。 图1—11 搭接接头 (a)I形坡口，(b)圆孔内塞焊；(c)长孔内角焊 搭接接头根据其结构形式和对强度的要求，分为不开坡口、圆孔内塞焊和长孔内角焊三种形式，见图1—11。
焊接接头及坡口形式
焊接接头及坡口形式 一、 接头的分类 接头是由两个或两个以上零件用焊接方法连接的，焊接 结构通常由若干个焊接接头组成。 型接头（十字） 端接接头 在结构中的作用： （1）工作接头：工作力的传递； （2）联接接头：更主要的作用是作焊接的办法使更多的焊接连接成整体，起连接作用。通常不做强度计算。 （3）蜜封接头：防止泄漏是其主要作用。 1.对接接头 搭接接头角接接头
从受力的角度看，受力状况好，应力集中程度小，材料消耗少，变形也较小。往往在接头开坡口。 2.T型和十字接头 将相互垂直的焊件用角焊缝边接起来的接头，分焊透、 不焊透两种，接头焊透，要根据坡口的T型和十字接头承受 动载能力而定，不焊透的T型和十字接头承受力是不周的。 3.搭接接头。 是指两个焊接部分重叠在一起。搭接接头应力分布不均 匀，强度较低。 4.角接头 是指两个焊件的端面构成大于30。、小于是135。夹角，用焊接连接起来的接头。 5.端接接头 是指将两构件重叠放置或两焊件之间的夹角不大于 30°,用焊接边接起来的接头。 二、坡口的形式和坡口尺寸 1.坡口的形式 主要是保证焊接接头的质量和方便焊接、使焊缝根部焊 透。 选用何种坡口形式，主要取决于焊接的方法、焊接的位置、焊件的厚度、焊缝熔透要求。
选择坡口应注意如下问题: 1)坡口的加工条件； 2)可焊接性； 3)焊接材料的消耗生产成本; 4)焊接变形如何； 常用的坡口形式： 1)I型 2)V型 3)双丫型 4)U型 5)双丫形 2.坡口的作用 1)确保焊接电源深入到坡口根部间隙处； 2)操作清除焊渣； 3)调节熔敷金属比例，提高焊接接头综合性能; 3.坡口的加工 加工方法的选择: (1)剪边：用剪板机剪切加工； 工亦￡頊
焊缝基本知识
焊缝基本常识 一、焊接接头及类型 用焊接方法连接的接头称为焊接接头（简称为接头）。它由焊缝、熔合区、热影响区及其邻近的母材组成。在焊接结构中焊接接头起两方面的作用，第一是连接作用，即把两焊件连接成一个整体；第二是传力作用，即传递焊件所承受的载荷。根据GB/T3375—94《焊接名词术语》中的规定，焊接接头可分为10种类型，即对接接头、T形接头、十字接头、搭接接头、角接接头、端接接头、套管接头、斜对接接头、卷边接头和锁底接头，示于图1。其中以对接接头和T形接头应用最为普遍。 二、焊缝坡口基本形式 根据设计或工艺需要，将焊件的待焊部位加工成一定几何形状的沟槽称为坡口。开坡口的目的是为了得到在焊件厚度上全部焊透的焊缝。坡口的形式由 GB985—88《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》、GB986—88《埋弧焊焊缝坡口的基本形式及尺寸》标准制定的：常用的坡口形式有I形坡口、Y型坡口、带钝边U形坡口、双Y形坡口、带钝边单边V形坡口等，见图2。
三、坡口几何尺寸的参数及作用 1）坡口面，焊件上所开坡口的表面称为坡口面，见图3。 2）坡口面角度和坡口角度，焊件表面的垂直面与坡口面之间的夹角称为坡口面角度，两坡口面之间的夹角称为坡口角度，见图4。
开单面坡口时，坡口角度等于坡口面角度；开双面对称坡口时，坡口角度等于两倍的坡口面角度。坡口角度（或坡口面角度）应保证焊条能自由伸入坡口内部，不和两侧坡口面相碰，但角度太大将会消耗太多的填充材料，并降低劳动生产率。 3）根部间隙，焊前，在接头根部之间预留的空隙称为根部间隙。亦称装配间隙。根部间隙的作用在于焊接底层焊道时，能保证根部可以焊透。因此，根部间隙太小时，将在根部产生焊不透现象；但太大的根部间隙，又会使根部烧穿，形成焊瘤。 4）钝边，焊件开坡口时，沿焊件厚度方向未开坡口的端面部分称为钝边。钝边的作用是防止根部烧穿，但钝边值太大，又会使根部焊不透。 5）根部半径，U形坡口底部的半径称为根部半径。根部半径的作用是增大坡口根部的横向空间，使焊条能够伸入根部，促使根部焊透。 四、Y形、带钝边U形、双Y形三种坡口各自的优缺点 当焊件厚度相同时，三种坡口的几何形状见图5。 Y形坡口：1）坡口面加工简单。2）可单面焊接，焊件不用翻身。3）焊接坡口空间面积大，填充材料多，焊件厚度较大时，生产率低。4）焊接变形大。 带钝边U形坡口：1）可单面焊接，焊件不用翻身。2）焊接坡口空间面积大，填充材料少，焊件厚度较大时，生产率比Y形坡口高。3）焊接变形较大。4）坡口面根部半径处加工困难，因而限制了此种坡口的大量推广应用。 双Y形坡口：1）双面焊接，因此焊接过程中焊件需翻身，但焊接变形小。2）坡口面加工虽比Y形坡口略复杂，但比带钝边U形坡口的简单。3）坡口面积介于Y形坡口和带钝边U形坡口之间，因此生产率高于Y形坡口，填充材料也比Y形坡口少。 五、常用的垫板接头形式及优缺点 在坡口背面放置一块与母材成分相同的垫板，以便焊接时能得到全焊透的焊缝，根部又不致被烧穿，这种接头称为垫板接头。常用的垫板接头形式有：I形带垫板坡口、V形带垫板坡口、Y形带垫板坡口、单边V形带垫板坡口等见图6。
断裂分类
断裂类型根据断裂的分类方法不同而有很多种，它们是依据一些各不相同的特征来分类的。 根据金属材料断裂前所产生的宏观塑性变形的大小可将断裂分为韧性断裂与脆性断裂。韧性断裂的特征是断裂前发生明显的宏观塑性变形，脆性断裂在断裂前基本上不发生塑性变形，是一种突然发生的断裂，没有明显征兆，因而危害性很大。通常，脆断前也产生微量塑性变形，一般规定光滑拉伸试样的断面收缩率小于5％为脆性断裂；大于5％为韧性断裂。可见，金属材料的韧性与脆性是依据一定条件下的塑性变形量来规定的，随着条件的改变，材料的韧性与脆性行为也将随之变化。 多晶体金属断裂时，裂纹扩展的路径可能是不同的。沿晶断裂一般为脆性断裂，而穿晶断裂既可为脆性断裂（低温下的穿晶断裂），也可以是韧性断裂（如室温下的穿晶断裂）。沿晶断裂是晶界上的一薄层连续或不连续脆性第二相、夹杂物，破坏了晶界的连续性所造成的，也可能是杂质元素向晶界偏聚引起的。应力腐蚀、氢脆、回火脆性、淬火裂纹、磨削裂纹都是沿晶断裂。有时沿晶断裂和穿晶断裂可以混合发生。 按断裂机制又可分为解理断裂与剪切断裂两类。解理断裂是金属材料在一定条件下（如体心立方金属、密排六方金属与合金处于低温、冲击载荷作用），当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面的穿晶断裂。解理面一般是低指数或表面能最低的晶面。对于面心立方金属来说，在一般情况下不发生解理断裂，但面心立方金属在非常苛刻的环境条件下也可能产生解理破坏。
通常，解理断裂总是脆性断裂，但脆性断裂不一定是解理断裂，两者不是同义词，它们不是一回事。 剪切断裂是金属材料在切应力作用下，沿滑移面分离而造成的滑移面分离断裂，它又分为滑断（又称切离或纯剪切断裂）和微孔聚集型断裂。纯金属尤其是单晶体金属常发生滑断断裂；钢铁等工程材料多发生微孔聚集型断裂，如低碳钢拉伸所致的断裂即为这种断裂，是一种典型的韧性断裂。 根据断裂面取向又可将断裂分为正断型或切断型两类。若断裂面取向垂直于最大正应力，即为正断型断裂；断裂面取向与最大切应力方向相一致而与最大正应力方向约成45°角，为切断型断裂。前者如解理断裂或塑性变形受较大约束下的断裂，后者如塑性变形不受约束或约束较小情况下的断裂。 按受力状态、环境介质不同，又可将断裂分为静载断裂(如拉伸断裂、扭转断裂、剪切断裂等)、冲击断裂、疲劳断裂；根据环境不同又分为低温冷脆断裂、高温蠕变断裂、应力腐蚀和氢脆断裂；而磨损和接触疲劳则为一种不完全断裂。 常用的断裂分类方法及其特征见下。 由于脆性断裂是一种“爆发病”，常导致灾难性后果，而绝大多数的断裂又因疲劳而引起。 断裂分类及其特征
焊缝形式和坡口尺寸在图纸上是怎样表示的
焊缝形式及坡口尺寸在图纸上是怎样表示的 焊缝形式及坡口尺寸在图纸上一般采用技术制图的方法表示。为了简化焊缝在图样上的表示方法，现采用国家标准规定的焊缝符号及坡口尺寸的表示方法。 焊接符号由哪几部分组成 焊接符号一般是由基本符号和指引线组成，必要时还可以加上辅助符号、补充符号和焊缝尺寸符号。 焊缝形式及坡口尺寸在图纸上是怎样表示的 焊缝形式及坡口尺寸在图纸上一般采用技术制图的方法表示。为了简化焊缝在图样上的表示方法，现采用国家标准规定的焊缝符号及坡口尺寸的表示方法。 表示焊缝的基本符号有哪些 焊缝基本符号是表示焊缝截面形状的符号，它采用近似于焊缝横剖面形状的符号来表示。 GB324-1988中规定了13种焊缝形式的符号，见表2-2。
点击下载焊接符号说明大全（excel表格详细讲解） 焊接加工符号的国家标准有哪些 焊接符号的国家标准主要有两个: (1) GB324一2008《焊缝代号》。 (2) GB985-1988《手工电弧焊焊接接头的基本形式与尺寸》。 表示焊缝的辅助符号有哪些 辅助符号表示焊缝表面形状特征的符号，见表2-3。不需要确切地说明焊缝的表面形状时，可以不用辅助符号。 表示焊缝的补充符号有哪些
补充符号是为了补充说明焊缝的某些特征而采用的符号，见表2-4。 表示焊缝的尺寸符号有哪些
焊缝的尺寸符号见表2-5。 焊接符号标注中的指引线 指引线是表示指引焊缝位置的符号。由带箭头的指引线和两条基准线(一条为实线，另一条为虚线)组成。指引线指向有关焊缝处，基准线一般应为水平线。焊缝符号及尺寸标注在基
准线上，必要时基准线末端加一尾部，作其它说明用(如焊接方法等)，如图3-18所示。 焊接符号标注方法 完整的焊缝表示方法应包括上述基本符号、辅助符号、补充符号，以及指引线、一些尺寸符号和数据等。标注箭头线时，可指向焊缝或不指向焊缝，如图3-19所示。 基准线的虚线可在基准线的实线上侧或下侧，当焊缝在接头的箭头侧，则基本符号标在基准线的实线侧，如果焊缝在接头非箭头侧，则将基本符号标在基准线的虚线侧。标注对称焊缝或双面埠缝可不加虚线，如图3-20所示。
焊接接头基本形式及尺寸
表1焊接接头基本形式及尺寸 序号接头 类型 坡口 形式 图形 焊 接方 法a 焊件厚 度 （mm） 接头结构尺寸 适用范 围 b ( mm) P (mm ) R ( mm) 1 对 接 Ⅰ 形 D s Q s R b M z ＜3 ≤3 8～16 8～16 —— 1 ～2 1 ～2 ～1 ～1 —— 容器 和一般钢结 构 2 对 接 V 形 D s Q s R b M z ≤6 ≤16 16～20 16～20 30 °～ 35° —b ～2 1～ 2 7 7 — 各类 承压管子，压 力容器和中、 薄件承重结 构 3 对 接 U 形 D s W s ≤60 10 °～ 15° — 2 ～5 ～2 5 中、厚 壁汽水管道4 对 接 双 V 形 水 平 管 D s W s ＞16 30 °～ 40° 8 °～ 12° 2 ～5 1～ 2 5 中、厚 壁汽水管道 表1（续） 序 号 接 头类 型 坡 口 形 式 图形 焊 接方 法a 焊件 厚度 （mm） 接头结构尺寸 适用 范围 b ( mm) P (mm ) R ( mm)
5 对 接 双 V 形 垂 直 管 D s W s c ＞16 1= 35°～ 40° 2= 20°～ 25° 1= 15 °～ 20° 2= 5 °～ 10° 1 ～4 1～ 2 5 中、 厚壁汽水 管道 6 对 接 综 合形 D s W s ＞60 20 °～ 25° 5 ° 2 ～5 25 厚 壁汽水管 道 7 对 接 X 形 D s M z ＞16 ＞20 30 °～ 35° — 2 ～3 ～1 2～ 4 7 — 双 面焊接的 大型容器 和结构 8 对 接 封 头 D s W s 管径 不限 同厚壁管坡口加工要求 汽 水管道或 联箱封头 9 对 接 堵 头 D s W s 直径 ≥ 23 同厚壁管坡口加工要求 汽 水管道或 联箱堵头 1 0T 型接 管 座 D s W s 管径 ≤ 76 50 °～ 60° 30 °～ 35° 2 ～3 1～ 2 按 壁厚 差取 汽 水、仪表取 样等接管 座 1 1T 型接 管 座 D s W s 管径 76～ 133 50 °～ 60° 30 °～ 35° 2 ～3 1～ 2 — 一 般汽水管 道或容器 的接管座 或接头 表1（续） 序号接 头类型 坡 口 形 式 图形 焊 接方 法a 焊件 厚度 （mm） 接头结构尺寸 适用 范围 b ( mm) P (mm ) R ( mm)
第05章金属的疲劳
第05章金属的疲劳 1．解释下列名词 (1) 应力范围△σ；(2) 应变范围△ε；(3) 应力幅σa；(4) 应变幅(△εt／2，△εe／2，△εp／2)；(5) 平均应力σm；(6) 应力比r；(7) 疲劳源；(8) 疲劳贝纹线；(9) 疲劳条带；(10) 驻留滑移带；(11) 挤出脊和侵入沟；(12)ΔK；(13) da/dN；(14) 疲劳寿命；(15) 过渡寿命；(16) 热疲劳；(17) 过载损伤。 2．解释下列疲劳性能指标的意义 (1)疲劳强度σ-1、σ-1p、τ-1、σ-1N；(2) 疲劳缺口敏感度qf；(3) 过载损伤界；(4) 疲劳门槛值△Kth。 3．试述金属疲劳断裂的特点。 4．试述疲劳宏观断口的特征及其形成过程。 5．试述疲劳曲线(S—N)及疲劳极限的测试方法。 6．试述疲劳图的意义、建立及用途。 7．试述疲劳裂纹的形成机理及阻止疲劳裂纹萌生的一般方法。 8．试述影响疲劳裂纹扩展速率的主要因素，并和疲劳裂纹萌生的影响因素进行对比分析。 9．试述疲劳微观断口的主要特征及其形成模型。 10．试述疲劳裂纹扩展寿命和剩余寿命的估算方法及步骤。 11．试述σ-1与ΔKth的异同及各种强化方法影响的异同。 12．试述金属表面强化对疲劳强度的影响。 13．试述金属循环硬化和循环软化现象及产生条件。 14．试述低周疲劳的规律及曼森一柯芬关系。 15．试述多冲疲劳规律及提高多冲疲劳强度的方法。 16．)试述热疲劳和热机械疲劳的特征及规律；欲提高热锻模具的使用寿命，应该如何处理热疲劳与其它性能的相互关系? 17．正火45钢的σb=610MPa，σ-l=300MPa，试用Goodman公式绘制靠σmax(σmin)一σm疲劳图，并确定σ-0.5、σ0和σ0.5等疲劳极限。 18．有一板件在脉动载荷下工作，σmax=200MPa，σmin =0，其材料的σb=70MPa、σ0.2=600MPa、KIC=104MPa·m1/2，Paris公式中c=6.9×10-12，n=3.0，使用中发现有0.1mm 和 1mm的单边横向穿透裂纹，试估算它们的疲劳剩余寿命。 19．疲劳断口和静拉伸断口有何不同?在什么情况下可以预期疲劳断口在肉眼观察下和静拉伸断口相似?如何从断口上判断载荷大小和应力集中情况。 20．试从疲劳破坏特点解释以下疲劳宏观规律 (a)一般金属材料，无论何种处理状态，其疲劳极限σ-1≈0.3～0.5σb，总低于静载下的屈服强度。 (b)为什么无缺口轴向疲劳极限一定比无缺口旋转弯曲疲劳极限低10％一25％?试举几个有影响的因素 (c)完全对称循环与不对称应力循环相比，为什么σ-1是最低的疲劳强度，而应力比R越大可承受的最大应力σmax越高，或者在相同的σmax晴况下，疲劳寿命越长? 21．什么叫低周疲劳和高周疲劳?为什么高周疲劳多用应力控制，低周疲劳多用应变控制?用应变控制进行低周疲劳试验有哪些优点，取得了哪些有价值的结果?
焊接接头和坡口形式符号
?第二节焊接接头和坡口形式 ?作者：匿名来源：浏览次数：50 网友评论0条 ?文字大小：【大】【中】【小】评分等级：0 ? 焊接接头和坡口形式 焊接接头形式可分为：对接接头、T形接头、角接接头和搭接接头。 一、对接接头|观看动画：对接接头不开坡口，开ｖ形坡口，开ｘ形坡口| 将两块钢板对在一起焊接，称为对接；一块钢板卷成圆筒后对在一起焊接，也属对接。对接接头容易焊透，受力情况好，应力分布均匀，联接强度高，因而焊接接头质量容易保证。 为了保证焊接质量，必须在焊接接头处开适当的坡口。坡口的主要作用是保证焊透，此外，坡口的存在还可形成足够容积的金属液熔池，以便焊渣浮起，不致造成夹渣。坡口的几何尺寸必须设计好，以便减少金属填充量、减少焊接工作量和减少变形。 对接接头形式如图2-14所示。对于钢板厚度在6mm以下的双面焊，因其手工焊的溶深可达4mm，故可以不开坡口，如图2-14（a）所示。 对于厚度在6－40mm 的钢板，可采用如图2-14（b）所示的V 形坡口，进行双面焊。在无法进行双面焊时，也可采用带垫板（厚度≥3 mm）的单面焊。由于垫板的存在，不易被烧穿。 当板厚为12－60mm时，可采用如图2-14（c）示的X形坡口。在板厚相同的情况下，采用X形坡口可减少焊条金属量二分之一左右，而且焊件的变形及所产生的内应力相应小些，因此它多用于厚度较大并变形
要求较小的工件。X形坡口有对称的；还有不对称的，即一侧深另一侧浅。较浅的一侧焊接工作量小些。 图2-14（d）（e）分别为单U形坡口及双U形坡口，这类坡口的填敷金属量均较V形坡口少些，焊件变形也较小，但其坡口加工较困难，故一般只在较重要的焊接结构时采用。 当对接的两块钢板厚度不相等时，为了防止焊接时薄的一边金属过热，而厚的一边金属难于熔化的现象，避免焊不透或烧穿；为了减少由于接头处厚度不等、刚度不一而产生焊接变形与裂纹的可能性，应采用如图2-15所示的厚度过渡开坡口的形式。在考虑焊接接头时采用等厚度焊接是一条很重要的原则。当薄板厚度≤10mm，两板厚度差≥3mm；或当薄板厚度>10mm而两板厚度差大于薄板厚度的30％，或超过5mm时，均应按图2-15的要求削薄厚度边缘。